Douglas J. Gardner et Lu Wang, auteurs de la publication «Fabrication additive de matériaux à base de bois pour applications composites», explorent l'utilisation de composites à base de bois, notamment d'additifs tels que la sciure de bois, la farine de bois, la lignine et la cellulose. A l'instar des composites utilisés dans de nombreuses autres industries, ces créations ont pour but de renforcer le composant initial pour une plus grande polyvalence dans la production.
Étapes du processus d'impression 3D
La fabrication additive habituellement utilisée avec des compositions de bois utilise des extrudeuses, la liaison de matériaux granulaires et la modélisation des dépôts liquides
Les bois utilisés jusqu'à présent dans de telles expériences comprennent les bois résineux, feuillus et recyclés, avec des tailles de particules allant de 14 microns à 2 000 microns. Les types de polymères courants examinés précédemment incluent:
Acide poly-lactique (PLA) Polypropylène (PP) Copolymère d'anhydride maléique (SMA) Acétate de polyvinyle (PVAc) Urée-formaldéhyde (UF) Glucides (amidon et méthylcellulose)
Moule d'outillage de toit de bateau imprimé en 3D à grande échelle composé de 20% en poids de farine de bois et de 1% en poids de CNF dans un PLAmatrix [24].
Les chercheurs se sont demandés si l’ajout de fibres dégradait ou améliorait la résistance des intercouches dans les pièces imprimées en 3D, car elles risquaient de réduire les risques de diffusion des chaînes de polymères. Toutefois, si l’interaction entre les fibres de bois et la matrice du polymère est forte, le collage amélioré. Comme les chercheurs nous le rappellent, la plupart des fibres se redresseront et iront dans le sens de l’impression.
«Les propriétés de résistance d'une pièce imprimée dans la direction transversale de la fibre sont souvent plus faibles que dans la direction longitudinale. Pour améliorer la force de liaison entre les couches, les fibres auront besoin d'une résistance transversale accrue », ont déclaré les chercheurs.
La quantité appropriée de nanofibres, associée à une «intégrité transversale» appropriée, peut réduire la cristallinité dans la matrice, permettant ainsi aux chaînes de polymères situées à proximité de la zone interfaciale de renforcer davantage les couches imprimées en 3D.
«L'ajout de fibres aux polymères en impression 3D présente plusieurs inconvénients. Pour les imprimantes à base de filaments, le filament peut rester suffisamment flexible pour ne pouvoir être bobiné que jusqu'à une certaine teneur en fibres pour un polymère donné. Par exemple, une teneur en fibres de 20% en poids a été trouvée pour empêcher un filament de bois-iPP de s'enrouler correctement en raison de la fragilité des filaments », ont conclu les chercheurs. «Un autre problème lié à l'addition de fibres est la formation de structures poreuses à l'intérieur de perles / pièces imprimées.
«Les problèmes posés par la fabrication additive avec des matériaux à base de bois incluent des problèmes de traitement lors de l'extrusion et de la production de pièces, en particulier en ce qui concerne la stabilité dimensionnelle des pièces et la fragilité des matériaux en fonction du niveau de charge des composants du bois, ainsi que des impacts sur le comportement de la cristallisation du polymère au cours du traitement. Il existe des possibilités de produire des pièces composites plus légères et moins coûteuses pour des applications dans l'outillage de moule et les pièces automobiles.
Les composites imprimés en 3D sont plus couramment utilisés aujourd'hui, car les utilisateurs peuvent définir plus clairement leurs besoins lors de la fabrication de pièces et de prototypes. De nombreux composites différents sont utilisés pour renforcer les matériaux existants, des composites en fibre de verre en fin de vie au frittage de composites thermodurcissables, de nanocomposites polymères, etc.
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[Source / Images: 'Fabrication additive de matériaux à base de bois pour applications composites']
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