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Introduction à l’impression 3D fibre continue

La gamme de matériaux disponibles en impression 3D, même uniquement dans la modélisation par dépôt fondu, s’est considérablement élargie ces dernières années. Non seulement il existe plusieurs marques réputées qui transportent tous les types de thermoplastiques tels que l’ABS, le PLA, le nylon et le PETG, mais il existe également des composites de tous ces matériaux qui sont incorporés avec diverses particules / brins comme la fibre de carbone et la fibre de verre. Il existe encore une autre variété d’impression 3D composite qui devient de plus en plus populaire: la fibre continue.

Haché vs continu

Avec le filament rempli de fibre standard, les brins de fibre sont haché très court pour rendre le matériau imprimable. L’inconvénient le plus évident est qu’il y a peu de chevauchement entre les fibres et qu’il n’y a pas de fibres qui traversent les couches adjacentes. En tant que telles, les pièces imprimées avec des matériaux chargés de fibres ne sont souvent que légèrement plus résistantes ou plus rigides que les pièces imprimées en 3D standard.

Impression 3D fibre continue est exactement comme cela en a l’air. Plutôt que d’incorporer des millions de brins de fibre d’un demi-millimètre de long dans le filament lors de sa fabrication, une bobine de fibre est utilisée pour incorporer de très longs brins de fibre dans les pièces au fur et à mesure de leur impression. L’impression 3D en fibre continue offre beaucoup plus de résistance et de rigidité, car elle imite mieux le processus de fabrication des pièces en fibre de carbone traditionnelles où de longs brins de fibre sont superposés dans une résine.

composites continus

Les coûts de la fibre de carbone conventionnelle

Les pièces en fibre de carbone conventionnelles sont très chères non pas à cause du coût des matières premières, mais à cause des coûts de l’équipement nécessaire pour expédier et traiter ces matières. Pré-imprégné est un terme qui s’applique à un composite de fibre de carbone et de résine qui est encore humide et prêt à être mis en forme; il doit être réfrigéré du moment où il est fabriqué jusqu’à ce qu’il soit utilisé, ce qui signifie qu’il y a beaucoup de coûts logistiques supplémentaires. Pour fabriquer des pièces en fibre de carbone, il faut d’abord fabriquer des moules, qui bien sûr ne sont pas gratuits. Et le durcissement des pièces finales nécessite des autoclaves aussi grands que les pièces elles-mêmes, et étant donné que la fibre de carbone est un choix populaire pour la construction d’avions, les autoclaves sont naturellement coûteux à construire et à utiliser.

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Avec l’impression 3D fibre continue, presque tous ces coûts disparaissent sans sacrifier la force. Plusieurs entreprises proposent l’impression 3D en fibre continue, mais nous allons nous intéresser à trois des marques les plus connues.

Markforged dispose de plusieurs machines capables de poser des fibres continues. Leurs systèmes reposent sur des têtes d’outils séparées pour déposer les différents matériaux: l’un extrude une matrice thermoplastique comme une imprimante 3D normale et l’autre dépose des brins de fibre dans des zones sélectionnées pour augmenter la résistance à la traction. Ils peuvent fonctionner avec de la fibre de carbone, de la fibre de verre et du kevlar.

Le système Fibre de Desktop Metal fonctionne à peu près de la même manière que la solution Markforged, sauf que sa technologie Micro Automated Fiber Placement (µAFP) utilise des rouleaux de ruban de fibre plutôt que des bobines de fibre. Il peut intégrer de la fibre de carbone dans le nylon, le PEEK et le PEKK, et le nylon peut également être intégré à la fibre de verre. Ils affirment que leurs pièces peuvent être plus solides que l’acier et plus légères que l’aluminium.

Continuous Composites adopte une approche différente avec leur solution CF3D. Au lieu d’utiliser un thermoplastique pour son matériau rigide, il utilise un photopolymère. La tête de l’outil recouvre le brin de fibre avec un photopolymère au fur et à mesure de son dépôt, puis le durcit immédiatement avec une puissante lumière UV. Cela lui permet d’intégrer chaque ligne avec de la fibre, pas seulement certaines zones. Cela signifie également qu’il peut combler de longues lacunes sans avoir besoin de supports. Le système CF3D est compatible avec les fibres structurelles telles que le carbone, le verre et l’aramide, ainsi que les fibres fonctionnelles telles que l’optique et le métal, ce qui permet toutes sortes de trucs astucieux tels que des capteurs et des circuits intégrés.

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Bien que ces systèmes ne soient pas aussi abordables que la plupart des imprimantes 3D de bureau, ils sont nettement plus accessibles que la plupart des imprimantes 3D métalliques et des équipements de fabrication conventionnels en fibre de carbone, et ils sont beaucoup plus faciles à utiliser. La sélection de matériaux pour ce segment continuera de croître avec le secteur des matériaux d’impression 3D dans son ensemble; plus de polymères seront développés pour la matrice et plus de fibres seront libérées pour correspondre. Je ne serais pas surpris qu’il y ait déjà des scientifiques des matériaux développant des fibres qui se dilatent et se contractent lorsqu’elles sont chauffées ou exposées à un courant électrique, ce qui ravirait ceux qui travaillent sur la robotique douce et l’électronique embarquée.

Image présentée avec l’aimable autorisation de Continuous Composites.

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