Carrefour de l'innovation - Forum PLASTIPOLIS - zoom sur une sélection de projets collaboratifs
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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 TIPCO AmoPLA ACOSITE Hyplate DAS Produits Intelligents Plastr. & Design Plastronics DAS Ecoplasturgie ConProMI THALIA AERDECO VALEEE PURE DAS procédés à haute VA 3V HOBBIT Composites Fab.additive 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 : abderrahim.maazouz@insa-lyon.fr / 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, bio- compostables, 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 Développement de 3 familles de formulations (85 à 90% fenêtre de processabilité du PLA avec une cristallisation rapide lors du procédé. 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 : 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, PLA Seul : instable PLA « AMOPLA»: Procédé stable avec •La largeur de la fenêtre de formage en température. un taux de gonflage important Tests à l’ Echelle Industrielle et Principaux Résultats Extrusion-Gonflage : Injection : Transfert et essai de 4 formulations (100 kg de Transfert et essai de 5 formulations (500 kg de compounds) : compounds testés chez ROVIP) : • élargissement important de la fenêtre de processabilité (épaisseur •Bonne stabilité du procédé, des films jusqu’à 6 µm), •Cristallisation de la matière durant le procédé, •Cristallisation durant le procédé, •Propriétés « choc » satisfaisantes, •Quelques faiblesses thermomécaniques subsistent sur le matériaux •Satisfaction globale des partenaires. (=perspectives de travail), Thermoformage : Transfert et essai de 3 formulations (150 kg de compounds testés chez VELFOR) : •Fenêtre de thermoformage élargie, Esssais industriels chez •Bonne processabilité Bonnes Barbier et Leygatech propriétés « chocs ». Antériorités –Brevets- Publications PARTENAIRES INDUSTRIELS 1) Brevets: 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 half- life10) 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 M. Girodon, D. Muller, O. Dassonville Introduction Matériaux Les plaques bipolaires (BPPs) sont des éléments importants de la pile Polymères : à combustible (PEMFC). •Résines thermodurcissables : époxy, phénoliques, vinylester Le matériau standard est le Viscosité faible, Taux de charges élevés graphite mais de nouveaux Utilisation de solvant, Temps de cycle long matériaux doivent être considérés •Thermoplastiques : PP, PPS, PVDF pour satisfaire le cahier des Procédé par injection → Temps de cycle court charges. Taux de charges + faibles, Propriétés finales dépendantes Principales propriétés des BPPs : des conditions de mise en oeuvre •Conductivité électrique élevée > 100 S.cm-1 •Bonnes propriétés mécaniques : résistance en flexion > 59MPa Charges carbonées : → Utilisation de composites polymères en combinant Graphite, fibres de carbone, noirs de carbone, nanotubes de carbone plusieurs types de charges conductrices Optimisation de la formulation Compromis propriétés électriques et Détermination d’un indice de mécaniques : OBJECTIFS du Cahier des Charges performance : → Propriétés proches des exigences du cahier des charges Conductivité Bonnes propriétés Homogénéité des propriétés → Optimisation du procédé électrique élevée ? mécaniques macroscopiques 1ère voie d’amélioration Dispersion des renforts Taux de renforts élevé ? Procédé de mise en œuvre Problèmes de mise en œuvre Interactions physico-chimiques Formation de porosités renforts - matrice 2ème voie d’amélioration Combinaison de renforts Qualité du réseau percolant PARAMETRES Compacité du Conductivité Surface Energie de Taux maximal réseau de intrinsèque des spécifique des surface de la de renforts renforts renforts renforts phase polymère Φmax ε et Vm-ε ICI Srenforts γm Optimisation du procédé (Compression) Compromis propriétés électriques et Avant optimisation : Après optimisation du procédé : mécaniques → Hétérogénéités des propriétés électriques Après optimisation : → Amélioration des propriétés électriques → Respect du cahier des charges 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 - Budget : 7168 K€ développer des solutions hybrides pour des - Durée : 42 mois applications à haute valeur ajoutée. - Date de démarrage : 1er janvier 2010 •Réduire les coûts •L’hybridation permettra: - Deux Demandes de dépôts de Brevet •réduire le temps de cycle de 50%, •améliorer la fiabilité de la réplication Retombées cibles de 40% •augmenter la précision de 30%. - 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 Démonstrateur système fluidique Entreprises: en polymère nano chargé Instrumenté par des capteurs (CEA Liten) (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 - mohieddine.boubtane@araymond.com & damien.izoard@araymond.com
Technologie d’interconnexion & de report de composants sur pièces plastiques Informations : ARAYMOND – Mohieddine BOUBTANE (mohieddine.boubtane@araymond.com) - M. MBAYE (mansour.mbaye@araymond.com) Le projet Fournir aux industriels français des solutions de conception et d’industrialisation de systèmes MID à fortes valeurs Electronique ajoutées pour des applications représentatives du marché. Plastic Conception 3D Moulage Plastronique Les résultats Matériaux : 3 axes de développements sur les matériaux pour applications MID Axe 1 : Augmentation de la conductivité électrique Axe 2 : Remplacement LCP chargé Pd commercial Axe 3 : Polymères haute permittivité Matrice Résultat Observation • Nouvelles formulations pour métallisation de plastiques techniques Création d’une gamme à haute permittivité, ε entre 3 et 10, • Moulage et test métallisation Avec différentes matrices, du PE aux plus techniques, PP 1016 à 1013 Ω/□ Matrice non polaire Et différentes charges, plus ou moins coûteuses PBT 1016 à 1015 Ω/□ PS 1017 à 1014 Ω/□ Augmentation de la conductivité ; les compounds restent isolants Exemple de trois Exemple de compound formulations à PEBAX 1014 à 108 Ω/□ Compounds dissipateurs dissipateur base de PEhd Métallisation : 3 Technologies de métallisation des polymères Métallisation par activation Laser (LDS) Métallisation par jet d’encre Métallisation par µTamponnage • Optimisation du procédé LDS sur différents polymères • Développement de procédés de traitement de surface avant • Développement de protocole de métallisation sélective des polymères • Bonne adhésion entre métallisation et substrat métallisation par µTP 2D et 3D • Validation de la technologie sur véhicules de tests (filtres, • Validation de la technologie sur véhicules de tests (capteur de • Résolution de 100µm validée avec des épaisseurs de 10-15 µm sur LCP coupleurs antennes,…) température, filtres, design d’évaluation de technologie,…) et PI 4,0 3,5 Contrainte d'arrachement (en MPa) 3,0 PBT 2,5 ABS-PC PC 2,0 PA66 1,5 LCP 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 Introduction / Contexte Innovation / Verrous technologiques • La production des DEEE s’élève à 1,5 Mt/an en France et de 11 • Il n’ y a pas d’offre d’équipements sur le marché pour la valorisation énergétique, en Mt/an en Europe particulier en petites et moyennes puissances (0,5 à 10 MW) • Le recyclage « matière » reste privilégié par rapport à la • Les DEEE sont des combustibles qui se caractérisent par une très grande hétérogénéité, valorisation énergétique, mais des limitations techniques et avec la présence de substances polluantes, parfois peu connues en combustion (comme réglementaires au recyclage « matière » subsistent le brome par exemple), ainsi que par un caractère « collant » pour certaines fractions • Les Pouvoirs publics ont la volonté forte de réduire drastiquement organiques. la mise en décharge ainsi que de favoriser le recyclage de matières stratégiques (terres rares, etc.) Objectifs • Le coût croissant de facture énergétique pousse la demande des industriels à un accès à des énergies « bon marché », afin de • Développer une ou des solutions pour la valorisation énergétique des fractions non maintenir leur compétitivité 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 • 3 solutions retenues : Foyer VALI • Temps de retour des • Taille des gisements peu élevée des meilleurs solutions pour des puissances de 0,3 à 3 MW, équipements inférieur à 5 (100 à 1000 t/an) technologiques pour la combustion sur grille (de 2 à 10 MW), ans •Forte attente des industriels pour combustion des DEEE et technologie PYROBOX (traitement des solutions décentralisées Résultats réglementaires l’épuration des fumées thermique en atmosphère réductrice) • Les producteurs de DEEE ont • Réalisation d’une réalisation d’un APD sur la • 2 voies sont possibles pour souvent des besoins en chaleur enquête de terrain solution VALI la valorisation des DEEE limités mais sont d’avantage • Elaboration d’un APS et Voie classique de consommateurs d’électricité d’un APD l’incinération des déchets • Analyse du cadre (rubrique 2771) réglementaire Procédure de sortie de Illustration de DEEE stockés en statut de déchets (rubrique Prototype VALI attente de 2910 B) 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 Supports : certaines géométries Stéréolithographie Bel état de surface final non accessibles (SLA) Technologie la plus mature Vieillissement des pièces Niveau de détail élevé Supports : certaines géométries Digitial Light Processing Bel état de surface final non accessibles (DLP) Plus rapide que la stéréolithographie Vieillissement des pièces Frittage laser (SLS) Qualité mécanique des pièces (rigidité) Etat de surface Meilleure disponibilité des matériaux Pas de supports: toute géométrie possible Un des principaux brevets Srati : 1ere voiture Grande surface d’impression possible liés au SLS « Apparatus for Niveau de détails entièrement imprimée Frittage par flashage IR Plus rapide que le frittage laser producing parts by 3D (hors moteur et Qualité mécanique des pièces (rigidité) Encrassage du masque (SMS) selective sintering” de pneus) – Sept. 2014 Forte disponibilité des matériaux Deckard Carl R tombe dans Pas de supports le domaine public – Février Coût Etat de surface 2014 Dépose de fil fondu Pièces fonctionnelles rigides Niveau de détails (FDM) Poly-couleur Pièces anisotropiques Supports solubles Pièces multicolores Qualité mécanique très faible Projection de liant - Coût Nouveau procédé: Arburg Impression Couleur Rapidité FreeFormer - Fabrication Pas de supports sans structure de support 3DPrint: 1er salon B to B couche par couche, à partir Comparatif de quelques technologies de la fabrication additive d’infimes gouttelettes en France – Juin 2014 ( EP2611596) – Oct 2013 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 Industriels Rapport sur la fabrication additive disponible sur demande Pour plus d’informations: cecile.coustal@plastipolis.fr 1 2 Mots-clés utilisés pour l’étude disponibles sur demande
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 : biomaterials@rescoll.eu 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 Clinical applications: Biomaterial evolution : Neurosurgery : to develop electrode support for RESORBABLE + diagnosis epilepsy on young children INERT RESORBABLE BIOACTIVE 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 METAL POLYMER COMPOSITE Number of children requiring surgical excision : 2 000 to 4 000 / year. Interest to combine biomaterials Number of children operated per year in France : 50. The Bioactive ceramic does not allow access to plastic Early treatments give better results due to larger brain plasticity processing techniques HOWEVER due to excessive bone malleability and fragility of cranial bones of young The Polymer alone has no bioactivity. children, the procedure is less common for children under the age of 6 years Possibility of producing simple or complex shapes Real clinical need to develop a support system for the electrodes using HOBBIT product composite material to better integrate and solidify the area of implantation Low number of indications but real innovation with a major medical challenge: Significant cognitive and behavior consequence on children Brain plasticity of children make the consequences of the surgery minor fixation plate interference screw Interbody cage Products or Prototypes from Composite Technology: Cranio Maxillo Facial (CMF) : Bioactive Ceramics / copolymer of lactic acid To develop bone plate Plastic processes (co-extrusion, co-injection) To manufacture an implant with a gradient of properties Manufacturing of an innovative osteosynthesis maxillo-facial plate in a (mechanical and resorption) growing market To remove the solvent in the manufacturing process. Internal fixator market Orthopedics market in Europe (2012): 7.4 M€ Not absorbable Composite Composite Of which 168K€ for CMF market. Orthopedics market In France 866K €, (12% of the 60% European market), of which 21K€ for CMF with 40% of absorbable internal fixators 40% Laying of bone plate : 30 000 units Absorbable Polymer Polymer Several units are used for surgical intervention +35% in 5 years fixation plate interference screw Growing market, few competitors and real clinical need to develop a Osteointegration improved by using gradient of the system to stimulate bone and avoid to remove plate especially for children property (biomimetic) Bioactivity: Conclusion : Formation of hydroxyapatite after immersion in biological fluid → SEM: Advantages of osteosynthesis: presence of crystals as needles → DRX: presence of the HAP peak Reduce the risk of complications and infections for 2θ = 33 ° 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 XRD analysis of various composite materials New generation of bioactive materials that interact with the granules (50% bioactive glass) of bioactive glass composition (0, 20, 30, 50 body to speed up the healing process and to improve the after 14 days immersion at 37 ° and 100% by weight) after 14 days immersion C in SBF. at 37 ° C in SBF. integration of the implant in the living environment Consortium: 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 Enjeux Résultats et retombées Pour l'aéronautique, les pièces de liaison (petite taille) restent métalliques peu compétitives avec Technologie: développements outillages, presse, les procédés classiques des composites périphériques (autoclave, RTM, …) Matériaux Procédé Carbone Forgé ® ½ produits haute déformabilité TPFL® Schappes Techniques Base de données "matières / procédé" avec composites Capacité à associer fibres longues à matrices TP (PPS, PEEK, PEI) et TD epoxy Fibres longues Taux élevés de renforcement Modélisations Procédé Réalisation de géométries complexes Formes, température, vitesse, Lois de comportement rhéologique Positionnement Multi plis, contacts outillages Punch Performances Autoclave mécaniques Moulage compression "PlastCRISTAL – INSA" Die Compounds Fibres longues fibres courtes Analyses mécaniques Compression Injection Coûts - Réduction des pertes matières, - Réduction des cycles, temps et coûts de fabrication - Innovant et Compétitif pour pièces composites de Contrôles Non Destructifs petite ou moyenne taille A² Scan C² Scan Développement de méthodes innovantes de caractérisation des ondulations de fibres Objectifs pour le domaine aéronautique Développement d’une filière Française Démonstrations production de petites pièces complexes en matériaux composites hautes performances 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, Positionnement concurrentiel pour pièces 3D en rapport avec les coûts complexes Des applications industrielles validées et en série Intégrer des contraintes de développement durable 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 - gerard.saussereau@mbda-systems.com
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 LYON 39, rue de la Cité 69003 LYON BESANÇON TEMIS AGORA Crédits photos : Shutterstock, Fotolia, Istock photos. 17F, rue Alain Savary 25002 BESANÇON CEDEX GRENOBLE 155, cours Berriat 38028 GRENOBLE contact@plastipolis.fr www.plastipolis.fr .:: création et impression ::. tratec LES PïLES DE COMPƒTITIVITƒ ➔ MOTEURS DE CROISSANCE ET DÕEMPLOI
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