Matériau électroformable

Les Matériaux électroformables sont des matériaux composites, compris dans l’ensemble des polymères thermoplastiques. Les Matériaux électroformables sont des matières plastiques rigides à température ambiante, pouvant prendre la forme de (ou de sous ensemble de) divers objets plastiques. Ils peuvent se substituer à des polymères thermoplastiques plus courants tels que PVC, PE, PC, EVA etc.

La particularité des matériaux électroformables réside dans leur capacité de devenir fluide et déformable lorsqu'il est traversé par un courant électrique et de redurcir après que la tension électrique soit retirée et ce de manière réversible. Ce comportement permet de faire du thermoformage rapide, réversible et facilité pour l’utilisateur pour de nombreuses applications. Notamment dans le but d’améliorer le confort de produits du quotidien en contact avec le corps humain.

Les matériaux électroformables sont particulièrement utiles dans le cadre de produits dits thermoformables dans divers domaines : matériels sportifs (ex: chaussures de ski thermoformables, semelles thermoformables, protections corporelles thermoformables) et dans le médical (ex: attelles thermoformables)

Les matériaux électroformables ne doivent pas être confondus avec les polymères électroactifs, car ils ne reposent pas sur le même principe physique.

Principe physique

Les matériaux électroformables reposent sur un principe physique relativement simple : Il s’agit en fait d’un matériau thermoplastique conducteur électrique dans lequel sont positionnées deux électrodes permettant d’appliquer une tension électrique.

Lorsqu’une tension électrique est appliquée le polymère va agir comme une résistance chauffante de par sa résistivité, et va chauffer par effet Joule jusqu’à atteindre sa température de fusion, au-delà de laquelle il devient malléable.

Idéalement le polymère thermoplastique choisi à une température de fusion relativement basse (60°C par exemple) afin que l’utilisateur puisse le manipuler sans danger de brûlure et afin de réduire la quantité d’énergie nécessaire pour la transition.

N’importe quel voltage peut être utilisé, aussi bien continu qu’alternatif. Cependant la puissance électrique nécessaire pour effectuer la transition rigide-malléable est proportionnelle à la masse de matériaux électroformable à déformer. Selon la masse de l’élément il sera requis une puissance électrique minimal permettant d’atteindre la température de fusion malgré les pertes par dissipation thermique.

Histoire

Des polymères ou composites thermoplastiques conducteurs électriques existent depuis longtemps cependant le concept des matériaux électroformables est quant à lui assez récent, il a été développé en 2015 par Pierre-Louis Boyer et Alexis Robert.

Usages

Besoin d'adaptation de produits fabriqués en séries

Certains objets rigides en contact du corps humain présentent un besoin de s’adapter afin de répartir la pression sur l’ensemble de l’interface homme-objet. Dans le but d’améliorer le confort de l’utilisateur et d’éviter les points de pressions pouvant résulter, par exemple, en escarres.

Ce besoin d’adapter des formes rigides vient du fait que chaque individu à une anatomie unique, ce qui est difficilement compatible avec la plus part des procédés de fabrications en séries. En effet ces procédés sont généralement optimisés pour fabriquer une forme unique, souvent à partir d’un moule ou d’une matrice (par exemple : Injection plastique, emboutissage de feuille de métal…). Pour adresser ce problème de diversité morphologique, les fabricants doivent souvent multiplier les outillages industriels afin de proposer plusieurs tailles ou formes. L’exemple le plus marquant est les chaussures pour lesquelles il peut y avoir jusqu’à 15 à 20 tailles différentes. Ce qui est très lourd à supporter d’un point de vue :

• Capitalistique : les outillages industriels tels que les moules d’injection sont très couteux. L’investissement nécessaire est donc proportionnel au nombre de taille.

• Logistique : Gestion des stocks devient également plus compliquée avec un nombre croissant de tailles. De plus si le fabricant est très limité en nombre de variations de son produit car chaque variation va multiplier le nombre de références. Par exemple un fabricant de chaussure qui propose un modèle en 15 tailles, s’il veut pouvoir proposer son produit dans trois couleurs il devra gérer 3x15 = 45 références.

Limités par le nombre de variations, les fabricants peuvent donc difficilement répondre à toutes les variations anatomiques des individus. En général ils vont faire des formes correspondant à la majorité, laissant une frange d’utilisateurs insatisfaits.

Les produits thermoformables

Les produits dits thermoformables ( qui utilisent des éléments thermoplastiques souvent à basse température de fusion) sont une solution permettant à des produits de s’adapter à l’anatomie de l’utilisateur.

Les produits thermoformables permettent d’adapter une forme initialement standard à l’anatomie de l’utilisateur, permettant de s’adapter plus finement à chaque utilisateur qu’il n’est possible à travers des variations de produit. De nombreuses applications actuelles utilisent le principe du thermoformage, telles que : chaussures de ski, semelles de chaussures, chaussons de danse classique, attelles médicales…

Une des limitations de ces produits thermoformables utilisants des thermoplastiques classiques est leur mise en œuvre: L’énergie nécessaire pour apporter le matériau à son point de fusion est en général apportée par l’utilisation d’un four, d’une étuve ou d’un bain marie.

Les matériaux électroformables permettent également de réaliser un formage à l'utilisateur avec certains avantages :

• Une mise une œuvre facilité pour l’utilisateur final qui a juste à brancher le produit sur une source électrique.
• Une rapidité du procédé du fait que le matériau chauffe intrinsèquement par effet joules.

Mais également des désavantages :

• Nécessité d’une alimentation électrique.
• L’utilisation d’une alimentation électrique peut poser des questions d’un point de vue normatif, en particulier si la tension utilisée est supérieure à 50V.

Sources

Des polymères déformables à volonté

LOMA Innovation et sa technologie de matériaux plastiques déformables

Un polymère déformable à la chaleur