Peut-on imprimer en 3D de la fibre de carbone ?

Pouvez-vous imprimer en 3D de la fibre de carbone ? Oui, vous pouvez imprimer en 3D avec de la fibre de carbone ! Au fil des ans, les matériaux en fibre de carbone ont été utilisés pour fabriquer de nombreuses conceptions structurelles.

Certains des produits qui peuvent être créés à l'aide de composites en fibre de carbone comprennent des ailes d'avion, des cadres de vélo, des pales d'hélice et des composants de voiture, entre autres.

Ainsi, traditionnellement, l'application de la fibre de carbone dans la fabrication de produits reste variée et étendue. Cela a finalement incité l'industrie de l'impression 3D à prendre note de la manière d'incorporer la fibre de carbone dans le processus d'impression 3D additive.

Notamment, l'impression 3D en fibre de carbone s'avère attrayante car la fibre de carbone bénéficie d'un rapport résistance/poids élevé, une propriété rare que l'on trouve dans tout autre matériau de filament d'impression 3D.

En raison des nombreux avantages de la fibre de carbone, de nombreuses sociétés d'impression 3D proposent des matériaux renforcés de fibre de carbone ou des technologies conçues pour maximiser l'utilisation de ce composite pour une application plus performante.

Dans l'impression 3D, l'impression en fibre de carbone se fait de deux manières différentes, d'une part par l'utilisation de filaments renforcés de fibres et, d'autre part, par un renforcement continu en fibre de carbone.

La fibre de carbone imprimée en 3D est-elle solide ?

Notamment, la propriété la plus connue du matériau en fibre de carbone reste sa haute résistance qui garantit la grande stabilité de l'impression 3D. Les filaments de fibre de carbone coupés utilisent des fibres de carbone courtes constituées de segments de moins d'un millimètre de long.

Le filament en fibre de carbone est mélangé avec un matériau thermoplastique appelé matériau de base pour produire un filament en fibre de carbone composite solide.

Les fibres s'avèrent extrêmement résistantes car les atomes de carbone et le processus de placement des fibres micro-automatisé garantissent que les atomes de carbone liés fournissent la résistance requise dans le rembourrage en fibre de carbone.

Plusieurs filaments peuvent être trouvés sur le marché avec de la fibre de carbone. Ceux-ci incluent des filaments thermoplastiques populaires comme l'ABS, le PLA, le nylon, le PETG et le polycarbonate.

• Matériaux renforcés de fibre de carbone

Le polymère de renfort en fibre de carbone (CFRP), un matériau composite à matrice polymère renforcé à l'aide de fibre de carbone, contient une résistance unique. Son renforcement peut être réalisé sous forme d'utilisation continue ou discontinue de fibre de carbone.

Autant les fibres de carbone renforcées sont chères, autant elles possèdent les propriétés mécaniques spécifiques les plus élevées.

• Filaments renforcés de fibre de carbone

Les filaments renforcés de fibre de carbone sont connus pour être extrêmement résistants. Il permet au filament de fibre de carbone de présenter une résistance et une rigidité inégalées. Il réduit également le poids total, ce qui le rend idéal pour l'impression d'objets légers ou de pièces d'utilisation finale.

• Renforcement continu en fibre de carbone

Les filaments renforcés de fibre de carbone sont plus robustes que tout autre matériau ou fibre de carbone qui n'a pas été supporté. Cependant, pour obtenir un filament encore plus résistant, une technique dite de renfort en fibre de carbone peut être déployée.

Comme la fibre de carbone reste non coupée, elle conserve une grande partie de sa résistance, ce qui rend l'impression 3D en fibre de carbone continue suffisamment vitale pour remplacer l'utilisation de l'aluminium à la moitié de son poids.

Pour certaines applications, il peut remplacer l'impression 3D en métal car le filament est moins cher que le métal.

• Fibres de carbone en nylon

La fibre de carbone en nylon est un composite assez populaire dans l'industrie de l'impression 3D en fibre de carbone. Déjà doté de qualités souhaitables pour l'impression de matériaux techniques, son haut degré de résistance et sa haute résistance à la chaleur en font un choix populaire pour la plupart des amateurs d'impression 3D.

Il présente un haut degré de durabilité qui équilibre la fragilité d'origine de la fibre de carbone. Son seul inconvénient reste ses propriétés hygroscopiques qui entravent la protection de l'environnement pour les bobines en nylon et fibre de carbone.

• Fibre de carbone ABS

Il est surtout connu pour l'utilisation de produits de consommation moulés par injection. En tant que polymère de base solide, le carbone ABS conserve une excellente finition de surface pour ses produits. Cela le rend idéal pour les applications dans les prototypes et les pièces d'utilisation finale.

Le revers de la médaille est qu'il nécessite une chambre de construction chauffée que l'on ne trouve que dans les imprimantes 3D haut de gamme.

• Fibre de carbone PETG

L'un des matériaux renforcés de fibres de carbone les plus utilisés est la fibre de carbone PETG. Il est connu pour sa résistance aux produits chimiques et à l'humidité, ce qui en fait un excellent polymère composite pour des applications dans de telles circonstances hygroscopiques.

Quelle imprimante 3D peut imprimer de la fibre de carbone ?

Toutes les imprimantes du marché ne peuvent pas être utilisées pour imprimer des matériaux en fibre de carbone. Pour obtenir de meilleurs résultats, vous devrez peut-être utiliser des imprimantes 3D spécialisées en fibre de carbone.

Toutes les imprimantes ne peuvent pas imprimer avec un filament de fibre de carbone 3D car ces matériaux nécessitent une température d'extrusion élevée d'environ 200 degrés centigrades. Sa forme abrasive peut endommager les buses en laiton de l'imprimante.

Exemples d'imprimantes 3D en fibre de carbone

Voyons quelles imprimantes 3D peuvent imprimer du carbone.

• Le Delta WASP 2040 industriel X

Cette imprimante est fabriquée en Italie par WASP et imprime dans divers matériaux, notamment des composites en fibre de carbone.

Le WASP 2040 est doté d'un pilote à filament à double engrenage pour une meilleure utilisation des matériaux composites à fibres continues.

• Le Raise 3D E2 CF et Pro2 Plus

Ce modèle dispose d'une fonction d'extrudeuse double indépendante. Il utilise des filaments de fibre de carbone et possède une buse en acier trempé qui peut atteindre jusqu'à 300 degrés centigrades.

• Éditions en fibre de carbone Makerbot METHOD

Cette imprimante 3D est destinée au marché des pièces de rechange pour les pièces métalliques. Ils utilisent du nylon renforcé qui optimise la haute résistance et la résistance à la chaleur. Ils ont une extrudeuse composite avec la capacité de manipuler des matériaux abrasifs.

Une autre caractéristique essentielle qu'il conserve est les engrenages d'entraînement en métal trempé et une buse en acier trempé interchangeable pour faire face à la température maximale de la buse élevée dans l'impression 3D en fibre de carbone.

• Fusion 3 F410

Cette imprimante reste excellente pour une utilisation avec des composites de carbone. Il est connu pour être une machine parfaite qui coûte moins cher et a une température de buse maximale de 300 degrés.

L'imprimante en fibre de carbone Fusion 3 F410 fonctionne bien avec la plupart des fibres de carbone renforcées, et son prix abordable en fait l'une des préférées de nombreux utilisateurs d'imprimantes 3D.

Comment imprimez-vous la fibre de carbone ?

Les filaments de fibre de carbone sont constitués de minuscules fibres infusées dans le matériau de base pour améliorer les propriétés du matériau.

La résistance de la fibre fait que le filament est également résistant et bénéficie d'un niveau de rigidité plus élevé. Il permet aux pièces de l'imprimante 3D d'être plus légères et d'assurer la stabilité dimensionnelle, car les fibres limitent le rétrécissement pendant le processus de refroidissement.

Impression de fibre de carbone

Avant de commencer l'impression, vous devrez peut-être définir des paramètres d'impression, tels que la température, l'adhérence du lit, les taux d'extrusion et la vitesse d'impression, de la même manière que les paramètres standard utilisés pour le matériau de base fusionné à la fibre.

Le matériau en fibre de carbone est susceptible de se boucher pendant l'extrusion en raison de la fibre ajoutée et peut nécessiter un matériel spécial, plus encore une buse durcie, pour faire face au risque de dommage.

Combien coûte une imprimante 3D carbone ?

Les imprimantes à fibre de carbone ne sont généralement pas trop chères dans tous les domaines. Leur prix abordable est un grand soulagement pour les imprimantes 3D qui utilisent la technologie de la fibre de carbone.

La liste suivante montre un assortiment d'imprimantes 3D en fibre de carbone indiquant la technologie d'impression 3D qu'elles utilisent et leurs prix en dollars américains.

• Delta WASP 2040 utilise la technologie FDM et bénéficie d'un prix de marché de 4 750 USD
• Raise3D E2 CF et Pro2 Plus utilisent la technologie FDM et coûtent 4 999 $
• L'édition en fibre de carbone Makerbot Method utilise la technologie FDM et coûte 4 999 $
• Fusion3 410 utilise la technologie FDM et coûte 5 000 USD
• La pièce d'impression XYZ pro300X utilise la technologie FDM et coûte 5 500 USD
• Ultimaker S5 utilise FDM et coûte 5 995 $
• Stratasys F120 utilise FDM et coûte 12 000 USD
• Raboze XTREME utilise la technologie FDM et coûte 10 000 USD

Filaments en fibre de carbone

Le filament de fibre de carbone est un matériau composite formé en infusant de minuscules fibres de carbone dans une base polymère. Il ressemble à des filaments infusés de métal, mais il se compose plutôt de fragments de fibres.

La base polymère peut provenir de nombreux matériaux de filaments d'impression 3D populaires comme l'ABS, le PLA, le nylon, le PETG et d'autres matériaux. Les filaments de fibre de carbone contiennent de courtes particules d'un diamètre d'environ 0,01 mm. Il améliore la résistance de la fibre de carbone et améliore sa fragilité.

Cette résistance accrue générée par cette infusion de minuscules particules de fibre de carbone à la base de polymère apporte une excellente stabilité dimensionnelle qui aide à éviter le gauchissement et le rétrécissement pendant le refroidissement.

Avantages

• Résistance et rigidité accrues
• Bonne stabilité
• Bon état de surface
• Impressions légères

Inconvénients

• Déformation et rétrécissement
• Filament abrasif qui use les buses en laiton

Ai-je besoin d'une imprimante spécifique à la fibre de carbone pour l'impression en fibre de carbone ?

L'impression 3D de filaments de fibre de carbone est un peu différente de l'impression 3D traditionnelle utilisant des polymères de base. Le filament en fibre de carbone est plus rigide que les filaments ordinaires tels que le nylon et a une texture de surface mate.

Par conséquent, l'impression 3D peut nécessiter une buse renforcée qui peut ne pas être facilement disponible avec les imprimantes 3D classiques.

L'impression en fibre de carbone continue fonctionne en introduisant un filament de fibre de carbone constant dans le polymère de base fondu lors de son extrusion. Par conséquent, le déploiement d'une imprimante particulière qui peut le faire est la voie à suivre.

Le but reste d'augmenter la résistance de la pièce puisque l'impression en fibre de carbone la renforce directement lors du processus d'impression.

Comment est fabriqué le filament en fibre de carbone ?

Le filament de fibre de carbone se compose de filaments fabriqués à partir de différents matériaux polymères de base avec de minuscules fibres de carbone infusées.

Les fibres de carbone sont composées d'atomes de carbone liés ensemble dans une formation cristalline. Des couches d'atomes sont froissées ensemble, créant des liaisons qui bénéficient d'une résistance à la traction très élevée, transmise au produit imprimé.

Ces alignements de cristaux confèrent à la fibre de carbone un excellent rapport résistance/volume qui permet de transformer la fibre de carbone en de nombreuses applications.

Conclusion

Tout le concept de la fibre de carbone imprimée en 3D est démystifié dans cet article. Cet article a servi de guide détaillé sur la technologie de la fibre de carbone 3D avec divers concepts définis et expliqués.

J'espère que vous êtes maintenant informé des avantages et des inconvénients de l'utilisation de filaments en fibre de carbone et des types d'imprimantes 3D qui fonctionnent bien avec eux.

Le prix abordable des imprimantes en fibre de carbone est également une incitation à adopter la technologie qui fournit des produits plus robustes que les filaments en plastique standard