Impression 3D avec des matériaux composites

Échantillonnez des pièces à haute résistance, y compris des rotules, imprimées en 3D à partir de nylon renforcé de fibres de carbone continues sur le nouveau système industriel Mark Two de MarkForged. Image gracieuseté de MarkForged.

Il y a quelques années à peine, tout article consacré à l’impression 3D avec des matériaux composites était un article assez court. Aujourd’hui, le même sujet pourrait éventuellement remplir un magazine, compte tenu de la récente vague de développement de matériaux et de systèmes visant à imprimer en 3D des pièces plus solides et plus légères.

Les pièces fabriquées à partir de plastiques renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont utilisées depuis des décennies en raison de leur rapport résistance/poids élevé ; des polymères tels que le nylon et des charges telles que la fibre de verre sont également largement utilisés. Cependant, les processus traditionnels de fabrication de composites impliquent souvent des superpositions manuelles et nécessitent un post-traitement tel que l'autoclavage et le moulage sous vide. De telles tâches peuvent exiger des compétences plus élevées et des coûts plus élevés que le travail avec des plastiques ou des métaux standards. Étant donné que les concepteurs sont toujours à la recherche de matériaux plus résistants à utiliser avec les systèmes d’impression 3D/fabrication additive (FA), il n’est pas étonnant que ce concept de matériau retienne de plus en plus l’attention. DE examine les systèmes et matériaux de manutention des composites AM maintenant disponibles ou à venir, ainsi que les efforts dans les domaines de soutien.

Logiciel d'optimisation des propriétés des pièces imprimées en 3D

Lors de la création d'Arevo Labs, « notre vision était de produire des pièces de production [à partir de composites] », explique Hemant Bheda, président de l'entreprise. Arevo Labs a développé une famille de filaments composites à haute résistance dotés de diverses propriétés, mais cela n'a résolu qu'une partie du problème. « La fabrication additive offre la liberté de fabriquer des pièces de différentes manières, voire de 10 000 façons », note Bheda, « mais quelle est la meilleure méthode ? Nous avons réalisé que nous avions besoin d'un outil logiciel capable de prédire les propriétés afin de pouvoir optimiser la conception et l'orientation ; sinon, nous construirions des pièces à l’aveugle.

Bheda affirme que cela n'a jamais été fait auparavant, mais ils développent actuellement un produit appelé AFEA qui fait exactement cela. Ce logiciel, basé sur un algorithme d'analyse par éléments finis, fonctionne sous Windows, Mac et dans le cloud, et aidera les ingénieurs à contrôler l'orientation des fibres tout en profitant de la liberté de conception unique de la fabrication additive. « Nous voulons que les ingénieurs explorent les conceptions, se demandent « puis-je obtenir cette propriété finale » et réalisent une pièce test pour confirmer les calculs. Arevo Labs travaille avec un ensemble de partenaires stratégiques en vue d'une première version logicielle au troisième trimestre 2016.

Le besoin de logiciels de simulation/optimisation est largement reconnu pour rendre l’impression 3D viable en tant que véritable fabrication : produire des pièces avec les résultats souhaités, prévisibles et reproductibles, qu’elles soient ponctuelles ou en volume. D'autres sociétés, d'Avante Technology à SIMULIA de Dassault Systèmes, relèvent ce défi, alors restez à l'écoute. – PJW

L'A2V2 du fabricant italien 3ntr est un système de fabrication de filaments fondus (FFF) dont la large plage de températures de fonctionnement (jusqu'à 410°C) lui permet de faire fonctionner plusieurs types de filaments composites dont nylon/carbone et PA66 nylon/verre. Avec un volume d'impression de 24,4x13,7x19,2 pouces, il est destiné à la production industrielle. Plural Additive Manufacturing porte le système aux États-Unis

Cincinnati Incorporated (CI) a fait la une des journaux ces dernières années pour son équipement d'extrusion de fabrication additive sur grande surface (BAAM), qui fonctionne principalement avec des matériaux composites plastiques ABS (acrylonitrile butadiène styrène) renforcés de fibres de carbone. L'entreprise a travaillé avec Local Motors pour imprimer en 3D à la fois la voiture Strati et la reproduction de la Shelby Cobra, le coup d'envoi d'une gamme prévue de véhicules conçus par la communauté et produits localement. Selon Matt Garbarino, directeur marketing de CI, Local Motors possède désormais trois systèmes BAAM, dont un au siège social de Local Motors à Chandler, en Arizona, et un en cours d'installation dans sa microusine de National Harbor, dans le Maryland. Garbarino affirme que le rythme des améliorations du système, des matériaux et des logiciels de programmation est actuellement très rapide ; un autre de leurs clients, SABIC IP, consacre entièrement sa machine au développement de matériaux. Le composé de fibres de carbone hachées THERMOCOMP de SABIC a été utilisé pour construire le véhicule Strati.