Des chercheurs introduisent une méthode capillaire pour l'impression 3D en fibre continue

De nouvelles recherches sur l'impression 3D à fibres continues montrent le potentiel de pièces composites fabriquées de manière additive pour un large éventail d'industries, y compris l'espace. Publié dans la revue académique Matter , des chercheurs du Center for Composite Materials (CCM) de l'Université du Delaware (Newark, Del., États-Unis) ont récemment introduit une méthode à l'échelle du laboratoire pour l'impression 3D à fibre continue qui intègre la robotique et un capillaire, in situ système de thermodurcissement pour pièces composites en fibre de carbone fabriquées de manière additive et rapide à l'aide de résines thermodurcissables à haute température.

"Nous l'appelons l'impression 3D en une étape", explique le Dr Kun Fu, professeur adjoint à l'Université du Delaware et auteur de l'étude. Appelé méthode d'impression 3D à assistance thermique localisée dans le plan (LITA), le système comprend une tête d'impression tout-en-un montée sur un bras robotique qui comprend de la fibre de carbone distribuée à partir d'une bobine, une barre de guidage, une buse en résine liquide et un chauffage. Lorsque la fibre est placée sur la surface de la pièce, de la résine liquide est pulvérisée sur les fibres et est immédiatement suivie par le chauffage, qui, explique Fu, aide à la fois à l'infusion et au durcissement de la pièce. Fu ajoute que le processus de chauffage réduit la viscosité de la résine à température ambiante, l'aidant à infuser dans les fibres sans avoir besoin d'un vide le long des capillaires, ou des espaces en forme de tube, entre les fibres. Selon les besoins et la taille de la pièce fabriquée, dit Fu, la température du réchauffeur peut être augmentée ou réduite pour contrôler la viscosité de la résine.

Cette méthode permettrait le mouillage et le durcissement presque simultanés de fibres continues avec des résines thermodurcissables, avec le potentiel de produire rapidement des composants composites 3D avec des géométries complexes et les propriétés mécaniques élevées qui proviennent des fibres continues et des thermodurcissables à haute température. Les chercheurs ont également démontré que le système peut être utilisé pour l'impression horizontale et verticale, dit Fu, et sur des surfaces planes ou courbes, ajoutant à la flexibilité du système.

"La technique a été très prometteuse jusqu'à présent", dit Fu, "et à notre connaissance, nous sommes les premiers à publier une technique comme celle-ci." Selon Fu, les chercheurs sont en train d'obtenir un brevet pour la technologie.

En outre, l'Université du Delaware et son partenaire KAI (Dallas, Texas, États-Unis) ont récemment reçu une subvention de la NASA pour utiliser la méthode d'impression 3D LITA pour la fabrication de composants composites continus renforcés de fibres de carbone pour les systèmes de protection thermique des engins spatiaux et des systèmes d'atterrissage de la NASA. Fu dit que le système d'impression 3D LITA a été choisi pour sa capacité à imprimer avec des résines à haute température.

Actuellement, la technologie n'a été démontrée qu'à petite échelle - des fibres de carbone 3K ont été utilisées pour l'étude - mais Fu dit que l'équipe travaille à étendre le système robotique pour permettre l'utilisation de câbles de fibres de carbone plus larges pour des composants plus gros. Les chercheurs sont actuellement à la recherche d'entreprises intéressées à collaborer à la mise à l'échelle et à la commercialisation ultérieure de la technologie.

Pour accéder au Matière article, rendez-vous sur www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.