Dans la première partie de notre série sur l'impression 3D en fibre de carbone, nous venons tout juste de commencer en fournissant un arrière-plan sur le matériau, certaines de ses propriétés et comment il
Filaments de fibre de carbone
La forme de fibre de carbone la plus largement accessible dans l'impression 3D est le filament de fibre de carbone haché. Il existe une grande variété de mélanges de fibres de carbone coupées, 3DXTECH offrant certains des types les plus divers qui incluent des thermoplastiques à haute température comme matériau de matrice. Par exemple, il
Un collecteur en filament renforcé de fibre de carbone PET Innofil3D par FFF.
Dans le filament de fibre de carbone haché, des segments de fibre de carbone sont mélangés avec des pastilles thermoplastiques puis extrudés en filament adapté à l'impression 3D par extrusion. Parce que la fibre de carbone est cassée et non en fils continus, elle n'offre la rigidité de la fibre de carbone qu'aux points où se trouvent ces très petits fragments.
Néanmoins, l'introduction de fibre de carbone dans le filament thermoplastique peut améliorer sa résistance et sa rigidité mais peut également avoir des effets négatifs. Une équipe de chercheurs a découvert qu'en plus de la résistance souhaitée, un composite PEEK-fibre de carbone avait plus de porosité et une mauvaise adhérence entre les couches imprimées. Un autre groupe a trouvé des résultats similaires avec la fibre de carbone hachée dans la résine pour la stéréolithographie, y compris une fragilité accrue.
Cela ne fait pas
Impression 3D continue en fibre de carbone
En 2014, Markforged a introduit la fabrication de filaments continus (CFF) dans le monde. Dans le CFF, la fibre de carbone est pré-imprégnée d'un nylon thermoplastique, qui est déposé à partir d'une extrudeuse spécialisée. Il est ensuite utilisé pour renforcer les pièces en plastique, y compris la ferme
Plus récemment, une société russe appelée Anisoprint a commercialisé sa propre version de l'impression continue en fibre de carbone, appelée coextrusion de fibres composites (CFC). Contrairement à CFF, qui comporte une entrée et une sortie pour son matériau préimprégné, CFC utilise deux entrées et une sortie. Une entrée est dédiée aux fibres de renforcement et l'autre est utilisée pour l'alimentation des thermoplastiques. La fibre sèche est introduite dans le système, où elle est imprégnée d'une résine thermodurcissable extrêmement liquide. Pendant l'impression, le thermodurci est durci et extrudé avec un filament thermoplastique traditionnel. La matrice thermodurcie imprégnant la fibre de renforcement se lie alors avec le filament.
Comment fonctionne CFC.
En conséquence, non seulement il y a moins de chance d'introduire des bulles d'air ou des vides dans le matériau préimprégné, mais cela ouvre également la variété de thermoplastiques que CFC peut utiliser (jusqu'à présent, PETG, ABS, PC, PLA et PA) .
Le taux de dépôt peut également être contrôlé dans le CFC pour générer des structures et des propriétés intéressantes qui ne sont pas réalisables avec la fabrication de composite traditionnelle, comme les formes de réseau. En croisant un brin de fil de carbone sur un autre, dans des circonstances traditionnelles, l'épaisseur de cette zone est doublée. Avec CFC, il
La force est répartie uniformément autour du trou, mais pas dans toute la structure dans la première partie, ce qui la rend transparente. Dans la deuxième partie, la partie entière est renforcée de manière croisée.
Ceci, à son tour, augmente ce qui est connu sous le nom de
Dans l'aérospatiale, les ingénieurs recherchent des rapports de volume de fibre pouvant atteindre 60% environ. Cependant, avec d'autres technologies d'impression 3D en fibre de carbone, le ratio est plus proche de 30 à 40%. Sans structures en treillis, les CFC peuvent atteindre environ 45%, mais, aux points où les fibres de carbone se chevauchent, ce rapport est doublé
Avec un dépôt thermoplastique minimal dans une direction, cette pièce a moins de matière mais une résistance améliorée.
En fibre de carbone tissée, plusieurs couches de fibres unidirectionnelles s'entrecroisent pour imiter l'isotropie, ce qui finit par fournir une résistance omnidirectionnelle au détriment de l'excès de matière. Cependant, avec CFC, il n'est possible d'ajouter du matériau et de la résistance que si nécessaire. Pour cette raison, Anisoprint met en évidence l'anisotropie de la fibre de carbone comme un avantage plutôt qu'une faiblesse
Depuis que Markforged et Anisoprint sont arrivés sur le marché, un troisième challenger est apparu avec sa propre forme d'impression continue en fibre de carbone. Avant Formnext 2019, Desktop Metal a introduit une technologie appelée remplacement automatisé des fibres micro (
Le ruban thermoplastique en fibre de carbone est d'abord chauffé au-dessus de la température de fusion du plastique. Ensuite, un rouleau presse le ruban sur la partie imprimée. La combinaison de la chaleur, de la pression puis du refroidissement de la pièce imprimée permet au ruban de fusionner la pièce.
Desktop Metal lance la technologie avec les imprimantes 3D Fiber HT et Fiber LT. La LT est disponible avec un abonnement annuel de 3 495 $ et imprime du ruban en fibre de carbone PA6 ou en fibre de verre PA6. Le HT (5 495 $ par an), peut non seulement imprimer avec ces bandes, mais aussi PEEK ou PEKK combiné avec de la fibre de carbone ou de la fibre de verre. Le HT possède également deux têtes d'impression, tandis que le LT n'en a qu'une.
De plus, la fibre HT inclut la possibilité de gérer l'orientation des fibres à l'aide de paramètres avancés dans son logiciel, peut atteindre moins de 1% de porosité et peut imprimer avec un rapport volumique de fibre allant jusqu'à 60%.
Impression 3D en fibre de carbone grand format et expérimentale
Toujours chez Formnext, Anisoprint a dévoilé son système CFC à l'échelle de production, l'Anisoprint ProM IS 500. Avec un volume de construction de 600 mm x 420 mm x 300 mm, le système dispose d'une chambre de construction chauffée capable d'imprimer du PEEK et du PEI, ainsi que automatisée l'étalonnage et d'autres caractéristiques de qualité de production. Avec quatre têtes d'impression interchangeables, il pourra également combiner différents matériaux composites, en plus de la fibre de carbone. Le système comprendra également un logiciel pour optimiser l'impression des structures en treillis. Anisoprint a pour objectif de livrer ses premiers systèmes ProM IS 500 fin 2020.
Bien que ce soit la société russe
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