Matthieu
Matthieu est expert impression 3D chez Neofab et également rédacteur d'articles techniques pour notre blog où il livre les conseils et guides pour appréhender les technologies d'impression 3D.
Après avoir régulièrement échangé lors de salons et autres événements, il y a une technologie d'impression 3D qui, selon nous, manque de visibilité et de mise en avant, c'est l'impression 3D composite.
En effet, cette technologie a fait ses preuves par sa qualité d'impression, ses résistances uniques mais aussi variables grâce aux différents choix de fibres disponibles. La technologie développée par Markforged offre de nouvelles possibilités d'application et pourtant quand on l'évoque en salon, peu de personnes connaissent cette technologie.
C'est pourquoi nous souhaitions revenir sur le fonctionnement de l'impression 3D composite et mettre en avant l'intérêt du renfort en fibres.
Qu'est ce que le composite ?
Les composites sont des matériaux fabriqués à partir de deux ou plusieurs substances qui, lorsqu'elles sont combinées, ont des propriétés différentes de celles des composants d'origine.
Le composite est généralement composé de deux éléments principaux : une matrice et un matériau de renfort. Dans le cas de Markforged, la matrice est soit en Nylon ou Onyx.
Pour les renforts, la technologie brevetée CFF du fabricant américain est capable de déposer en continu de la fibre de carbone, fibre de verre, Kevlar et la fibre de verre HSHT.
Impression 3D des composites
Les composites développent des propriétés remarquables grâce à la synergie de la matrice en plastique et du renfort en fibres. Cela leur permet de surpasser de loin les thermoplastiques tout en gardant une faible densité.
Une pièce avec plusieurs couches de renfort en fibre de carbone sera plus résistante que l'aluminium tout en représentant un dixième de sa masse. C'est pourquoi les imprimantes 3D composites représentent un atout de taille pour les industriels.
Sur cette pièce la matrice utilisée est l'Onyx avec du renforcement en Kevlar symbolisé par les extrémités jaunes.
Fibres de verre
La fibre de verre est la fibre d'entrée de gamme de Markforged. Elle est très intéressante pour les personnes n'ayant pas forcément d'expérience dans l'impression 3D composite. En effet cette fibre est très performante et relativement peu coûteuse.
3,5 kg suspendus à un échantillon en Onyx renforcé avec de la fibre de verre, de l'Onyx sans renfort, de l'ABS et du PLA.
Applications :
La fibre de verre est quatre fois plus résistante et onze fois plus rigide que l'ABS. C'est un matériau de renfort efficace pour imprimer en 3D des outils industriels ou des fixations nécessitant plus de résistance que des matériaux comme le PLA.
Fibres de carbone
La fibre de carbone est la fibre la plus solide et la plus rigide disponible à l'impression chez Markforged. La fibre de carbone possède un rapport poids/résistance deux fois supérieur à l'aluminium 6061. Grâce à cet avantage les pièces imprimées et renforcées en fibre de carbone peuvent surpasser celles usinées en métal.
12,5 kg suspendus à un échantillon d'Onyx renforcé avec 7 grammes de fibres de carbone (à gauche) et un échantillon d'aluminium de 12 grammes (à droite).
L'autre avantage du carbone par rapport à l'aluminium est sa faible déformation lorsque soumis à une contrainte. Quand l'aluminium aura tendance à légèrement se déformer, la fibre de carbone, elle, ne bougera pas.
Applications :
Grâce à ses propriétés mécaniques très élevées, la fibre de carbone rivalise avec le métal. Nos clients l'utilisent donc pour imprimer des pièces qu'ils auraient normalement usiné. Comme par exemple des outils de formage ou des pièces industrielles fonctionnelles.
Cas client sur le renfort en fibre de carbone : Haddington Dynamics
Kevlar
Le Kevlar est une fibre très spécifique pour des applications spéciales. Cette fibre développe des qualités uniques comme la durabilité. Les pièces renforcées en Kevlar peuvent supporter des chocs sans faiblir. C'est également la fibre la plus légère présente chez Markforged avec une densité inférieure aux autres fibres de 15 à 20%.
Mais la valeur ajoutée du Kevlar se trouve dans sa capacité à se déformer sans jamais perdre en résistance. Le Kevlar permet une certaine souplesse lorsque soumis à des charges importantes, cela entraîne un mode de défaillance plus souple.
Par exemple la fibre de carbone est très solide et rigide mais elle peut être rompue, lorsqu'elle rompt ce sera d'une manière brusque. A contrario les fibres de Kevlar vont rompre les unes après les autres ce qui engendre une défaillance plus prévisible.
Pièces imprimées en ABS (bleu), PLA (rouge) et Onyx renforcé en Kevlar (noir) frappées par un marteau.
Applications :
Grâce à sa faible densité et sa durabilité exceptionnelle, le Kevlar est une très bonne fibre pour les applications nécessitant des chocs répétés. Nos clients l'utilisent pour imprimer des capteurs de fin de course, des pièces pour crash-test (mannequin), des butées mécaniques et autres applications impliquant des chocs réguliers.
Cas client sur le renfort en Kevlar : Dixon Valve
Fibre de verre HSHT
La fibre de verre HSHT est une autre fibre bien spécifique. Le sigle HSHT veut dire "High-strength high-temperature" pour haute résistance et haute température. Comme vous pouvez vous en douter, cette fibre est conçue pour résister à des températures élevées mais aussi avec des contraintes mécaniques soutenues. Cette fibre garde la totalité de ses propriétés mécaniques jusqu'à des températures d'environ 150°C.
En terme de résistance la fibre HSHT est 30 fois plus résistantes aux chocs que l'ABS et plus de 100 fois au PLA. Cette fibre de verre est également la plus élastique des fibres Markforged. Propriété intéressante si on souhaite imprimer une pièce qui se déforme de manière répétée sans jamais se déformer de manière permanente.
Les trois pièces ont été chauffées à environ 150°C, seul l'échantillon imprimée en fibres HSHT garde ses résistances (ici la rigidité).
Applications :
Nos clients utilisent cette fibre pour imprimer des appareils de soudage, des thermoformages, des moules thermodurcissables, des inserts de moules d'injection et d'autres pièces nécessitant des résistances à la chaleur et/ou à l'impact.
Allez plus loin sur l'impression 3D composite
Si vous souhaitez en savoir plus sur les fibres de renfort développées par Markforged, nous vous conseillons de télécharger ce dossier complet comprenant :
- Le tableau comparatif détaillé des fibres (résistances chiffrées, graphique comparatif, ...)
- La fiche technique de l'imprimante Mark X7
- La fiche technique de l'imprimante Mark Two
- Le lien pour consulter notre atelier en ligne sur le fonctionnement de l'impression composite avec Eiger, le logiciel d'impression de Markforged.
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