Améliorer le renforcement de vos impressions composites - Partie 1

Les différents types de renforcement en fibres

La première étape pour renforcer ses pièces imprimées en fibres continues est de choisir le bon type de renforcement. Le choix du renforcement a un impact important sur le temps et le coût de votre impression. Vous avez deux choix stratégiques de renforcement qui s'offre à vous pour votre imprimante 3D composite :

• Le renforcement isotropique
• Le renforcement concentrique

Comme vous pouvez voir sur cette capture d'écran du logiciel Eiger, développé par Markforged, vous avez la possibilité de choisir le type de renforcement que vous souhaitez appliquer à votre pièce. Ces deux types de renforcement ont tout deux des avantages que nous allons développer ci-dessous :

Renforcement en fibre concentrique

Le remplissage en fibre concentrique consiste à renforcer les bords de la pièce imprimée. Votre pièce a alors une meilleure résistance à la flexion sur l'axe Z. Les probabilités que votre impression se déforment sont alors quasi-nulles.

La contre partie est au niveau du temps d'impression, en effet les mouvements de la tête d'impression ne seront plus linéaires ceci engendre des temps d'impression plus long. Il est également nécessaire de réduire la vitesse d'impression afin de conserver une bonne précision d'impression si votre pièce possède des courbes.

Renforcement en fibre isotropique

Ce type de renforcement est beaucoup plus régulier, le motif crée ressemble plus à une feuille unidirectionnelle. Le renfort en fibres est alors appliqué sur chacune des couches de l'impression.

Voici ce que cela donne directement dans Eiger :

Par défaut, Eiger paramètre 2 anneaux concentriques de fibre autour de l'extérieur de la pièce. Ce paramètre assure un renforcement des parties extérieures de la pièce grâce à la continuité et le parallélisme des fibres par rapport au bord de la pièce.

Dernière chose à savoir, le renforcement isotropique est certes très efficace pour renforcer une pièce, cependant le procédé est gourmand en fibre ainsi qu'en temps. Il n'est pas tout le temps nécessaire de s'en servir pour créer des pièces résistantes.

Options de renforcement composite

Maintenant que nous avons vu les deux différentes méthodes pour renforcer vos impressions composites, nous allons voir les différentes options afin d'optimiser vos renforcements. En effet vous avez la possibilité de renforcer vos pièces seulement aux endroits nécessaire, vous diminuez alors vos temps d'impression et votre coût de fabrication.

La structure composite sandwich

Le panneau à structure sandwich est une option vous permettant de réduire l'effet de torsion subi par votre pièce. Les contraintes de flexions les plus fortes sont exercées sur les extrémités de votre pièce. Lorsque votre pièce subie des torsions sur le plan XY, une structure sandwich améliorera la résistance à la torsion.

Par défaut Eiger va automatiquement générer une structure sandwich lorsque vous souhaitez renforcer votre pièce en fibre. Nous vous conseillons de mettre en oeuvre cette structure seulement si vos pièces sont symétriques afin que la fibre soit réparti correctement sur l'ensemble de votre pièce. Si votre pièce n'est pas symétrique, il est nécessaire d'ajuster la répartition de la fibre manuellement afin d'imprimer une pièce équilibrée en terme de résistance. La répartition de la résistance à la flexion est très importante, si la résistance est plus forte dans une direction que dans l'autre votre pièce va se déformer et/ou casser.

Comment fonctionne la distribution des contraintes de flexion

Plus vous ajoutez de fibres sur les bords et plus la structure sandwich est éloignée, plus votre pièce sera résistante. Il faut savoir que les couches de fibres isotropes situées au centre de votre pièce ont moins d'impact sur la résistance à la flexion de la pièce. Cela dépend évidemment de l'utilisation de votre pièce mais il est parfois pas nécessaire d'ajouter de la fibre sur l'ensemble de la surface.

Renforcer votre impression sur l'axe Z

Nous venons de voir comment renforcer la résistance du plan XY, nous allons maintenant voir comment optimiser l'axe Z. Pour cela vous devez utiliser le remplissage concentrique. Comme évoqué au début de cet article, cette technique de remplissage vous permet de renforcer les parois de votre impression. La création d'un périmètre de fibres augmente la résistance à la flexion de votre pièce.

Afin de paramétrer un périmètre de fibre pour votre impression, utilisez un remplissage concentrique sur les couches nécessitant le renfort. Si vous augmentez le nombre d'anneaux concentriques ou le nombre de couches dans lesquelles les anneaux concentriques sont utilisés, vous augmenterez alors la résistance de la pièce sur l'axe Z.

Renforcement sur tous les axes

Si vous avez besoin d'imprimer une pièce renforcée sur chaque axe, vous pouvez combiner les deux techniques vues ci-dessus. Il faut alors paramétrer un renforcement en structure sandwich sur les couches se situant aux extrémités (bas et haut) ainsi qu'un renforcement des parois. La résistance à la flexion de votre pièce sera alors augmenté sur tous les axes.

Prenons l'exemple de ce support moteur imprimé dans le but d'une application dans le domaine robotique :

Un support moteur comme celui-ci est susceptible de subir un grand nombre de contraintes provenant de toutes les directions. Il est donc nécessaire de renforcer cette pièce de tous les côtés.

Nous avons donc besoin de sélectionner 20 couches de renforcement isotropique en structure sandwich. Ensuite il faut ajuster manuellement les couches supérieures à cause des trous de boulons présent sur le dessus du design de la pièce. Pour cela il est nécessaire de placer le panneau de fibre supérieur sous la face supérieur de la pièce.

La barre présente en bas de l'image permet de placer le renfort en fibre par rapport aux couches. Pour cet exemple, nous voyons qu'il y a deux sections de renforcement en fibres.

Ici nous avons sélectionné la partie centrale entre les deux renforcements existants afin de créer un groupe contenant du renforcement concentrique composé de deux anneaux de fibres. Cela a pour effet de créer un renforcement intérieur qui augmentera les résistances de votre impression.

Cette impression de support moteur est maintenant résistante aux contraintes grâce à l'utilisation du renforcement concentrique et isotropique. En comprenant le fonctionnement du renfort en fibre, vous avez la possibilité d'optimiser vos impressions en composite.

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Améliorer le renforcement de vos impressions composites partie 2