Améliorer le renforcement de vos impressions composites - Partie 2

 Cet article est la suite du premier article consacré au renforcement de l'impression composites. Si vous ne l'avez pas lu, il est disponible à cette adresse :

Améliorer le renforcement de vos impressions composites - Partie 1

Techniques avancées de renforcement en fibres

Dans la première partie de l'article nous avons vu les techniques de renforcement disponibles pour optimiser votre imprimante composite et augmenter les résistances mécaniques des pièces imprimées.

Dans cet article, nous allons approfondir certaines de ces méthodes et vous en dévoiler de nouvelles. Le but étant que vos pièces imprimées gagnent en résistance tout en gardant des coûts d'impression raisonnables.

Optimiser vos impressions 3D avec une stratification à angles variables.

Grâce à la technologie développée par Markforged, il est possible de renforcer certaines zones de vos impressions 3D. Cela dépend évidemment du genre de contrainte que va subir votre pièce lors de son utilisation.

Pour cela sélectionnez l'option "Fiber Angles" et alignez les fibres ajoutées à votre pièce dans la direction des contraintes que va subir votre pièce.

Traditionnellement, le composite est rempli de plusieurs couches de fibres disposées dans une certaine direction afin que les pièces soit isotropes (c'est à dire représentant les mêmes propriétés dans chacune des directions).

Grâce à ce schéma de fibre de carbone, nous remarquons les différentes couches orientées de manière à rendre l'impression équilibrée.

Le schéma nous montre ce que donne les couches de fibres lorsqu'elles sont positionnées de manière équilibrées. Cependant Eiger, le logiciel d'impression de Markforged, nous offre la possibilité d'aligner les couches de fibres avec des angles définis. Cela aura pour conséquence d'augmenter la résistance de votre impression 3D dans la direction voulue, c'est à dire celle subissant le plus de contraintes.

Impression 3D d'un drone : Augmenter sa rigidité

Prenons le cas concret de l'impression 3D d'un drone. Un drone subi principalement des contraintes dans le sens de la longueur de ses bras. Il est donc nécessaire de les renforcer afin qu'ils ne plient pas. 

Pour renforcer cette pièce aux endroits souhaités, il faut éditer les paramètres du renforcement isotropique et mettre l'ensemble des angles de fibre à zéro. Il est possible d'appliquer ce paramétrage à un ensemble de couches ou a une seule couche. La rigidité de la pièce sera accrue dans la longueur du bras.

Si vous avez besoin d'accroître les résistances dans deux directions différentes, cette technique peut également être appliquée. Il suffit juste d'alterner l'angle d'application de la fibre en fonction des couches d'impression. Par exemple, appliquer un angle de 45° sur une couche puis 90° sur la couche au dessus et ainsi de suite. Vous vous retrouvez donc avec des résistances fortes pour les directions 45 et 90 degrés. 

Accroître la résistance à la torsion de vos impressions

Comme nous l'avons vu dans la première partie de l'article sur le renforcement en fibre. Le meilleur moyen pour renforcer une pièce sur l'axe XY est d'appliquer des stratifications en sandwich. Votre pièce sera alors très difficilement pliable. Si vous avez une pièce fine à imprimer, il est possible d'ajouter des couches additionnelles de fibres pour renforcer le rendu. Pour cela, paramétrez plusieurs stratifications en sandwich de manière superposée. Vous obtiendrez alors une résistance plus constante à la torsion.

Nous observons bien la superposition des renforts ce qui améliore la résistance à la torsion.

Renforcement sélectif

Habituellement, le renforcement en fibre fonctionne mieux lorsque les géométries des impressions sont consistantes et équilibrées. Cependant il est parfois plus intéressant de renforcer vos pièces dans des zones spécifiques, cela dépend de l'usage finale de la pièce imprimée. 

Il y a également quelques paramètres à prendre en compte lorsque vous renforcez seulement quelques zones de votre impression. Il est important de conserver un équilibre global afin de ne pas se retrouver avec une pièce fragile car le renforcement est déséquilibré.

Afin que cela soit plus concret, nous pouvons prendre cette fixation pour repose pied de moto comme exemple. Cette pièce technique peut se découper en deux parties :

• La partie supérieure de l'aile qui protège le pied du pilote contre la suspension arrière du pneu
• La partie fixation avec le design des trous réservés aux boulons

Cette pièce va subir des contraintes différentes, il est donc nécessaire de la renforcer en conséquence.

La pièce a besoin d'être résistante à la flexion, l'ajout de stratification en sandwich semble donc recommandé. Malheureusement ce type de renforcement n'est pas recommandé vu l'utilisation future de la pièce. En effet, renforcer en fibre uniquement sur les couches du dessus et du dessous créera un déséquilibrage, la pièce ne sera donc pas résistante.

Afin de contourner ce problème, il faut créer deux stratifications en sandwich de manière équilibrée :

• L'une sur la partie garde pied de la pièce
• La deuxième sur la partie de support de fixation de la pièce

On applique alors la technique de renforcement sélectif vu plus tôt dans cet article :

Sur cette image tirée d'Eiger, nous observons les zones bleues représentant les zones de renforcées de manières équilibrées.

Afin d'avoir un meilleur résultat, il est nécessaire de rajouter un renforcement autour des trous conçus pour la fixation. Il faut que le repose pied puisse supporter le poids dans la durée.

Combiner les renforcements

Comme expliqué lors de la partie 1, il est possible de combiner plusieurs types de renforcement ensemble afin d'obtenir une pièce très résistante. Cet article sert plus de guide pour expliquer ce qu'il est possible de réaliser ou non mais les choix de renforcement dépendent de l'utilisation de vos impressions 3D.

Le cas évoqué ci-dessus explique une manière efficace de renforcement possible mais il est possible d'augmenter encore plus les résistances de votre pièce. La partie servant de fixation va être soumise à beaucoup de pression venant des boulons ainsi qu'à des charges lourdes (poids du pilote).

On peut donc rajouter un renforcement en fibres sous l'espace conçu pour le boulon afin de renforcer précisément cette zone de la pièce. La zone étant déjà renforcée en fibre de manière centrale, nous n'avons pas spécialement besoin de la contre balancer pour garder l'équilibre.

Pour finir nous allons améliorer la partie inférieure de la pièce sur l'axe Z afin qu'elle résiste au poids du pilote. Pour cela nous ajoutons des couches de fibres entre les couches situées aux extrémités. Il est ainsi nécessaire d'ajouter du renforcement en fibre concentrique sur la partie du repose pied. La pièce imprimée sera ainsi plus résistante à la force compressive une fois que le boulon sera en place tout en ayant une meilleure résistance à la torsion lors de l'usage.

Voici le résultat final de la pièce imprimée :

Ce type de pièce demande une réflexion sur la conception et l'utilisation de renfort en fibre aux bons endroits car elle est soumise a beaucoup de contraintes différentes. Une fois le paramétrage fait et les tests réussis, votre pièce est prête à être imprimée en grande quantité.

Découvrez également notre page spécialement consacrée aux imprimantes 3D composites