Quel est l'impact de l'impression 3D sur la fabrication de composites ?

Selon Market Watch de 3D Science Valley, les matériaux composites ont trouvé une place dans une variété d'applications. Ils fournissent des matériaux et des méthodes éprouvés pour la fabrication de divers composants précieux, en particulier les principaux composants d'avions. L'application des matériaux composites progresse encore, et aujourd'hui, l'impression 3D accélère cette progression. Le développement de la technologie de fabrication additive offre un moyen de fabriquer des pièces à partir de matériaux composites sans avoir besoin de moules, et en même temps, la fabrication additive offre de nouvelles options pour les méthodes de fabrication de l'industrie des matériaux composites.

Fabrication composite plus flexible

La tendance de développement de la impression 3D-fabrication additive est vers un niveau d'approfondissement multidimensionnel, face aux applications de production de masse, et s'étendant du côté des applications. Une voie de développement vers l'industrialisation est la combinaison de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés de fabrication.

"Composite » désigne généralement un matériau à matrice polymère thermodurcissable ou thermoplastique renforcé par des fibres continues ou discontinues, typiquement des fibres de carbone; fibres de verre; ou des fibres naturelles telles que les fibres de jute, de lin, d'aramide ou de basalte.

Dans l'industrie aéronautique, par exemple, en 1970, les avions de ligne n'avaient aucun matériau composite, et aujourd'hui le Boeing Dreamliner est composé à 80 % de matériaux composites. De plus, dans l'industrie automobile, par exemple, GE a pu remplacer de nombreuses pièces en acier sans contrainte sur les voitures, telles que les pare-chocs et les boîtiers de filtre à air, par des pièces en plastique dans les années 1980. Les pièces composites en fibre de carbone fabriquées de manière additive peuvent remplacer avec succès de nombreuses pièces existantes de la même manière.

Par rapport à l'industrie aéronautique, la première opportunité d'impression 3D composite en fibre de carbone dans le domaine automobile pourrait concerner des pièces telles que les spoilers, les volants ou les poignées de porte, puis évoluer progressivement vers le remplacement de gros composants structurels.

Pour le public, le marché final le plus précieux pour les composites aujourd'hui est l'aérospatiale. Dans l'aérospatiale, les composites sont utilisés dans une variété de pièces et de structures, y compris les revêtements de fuselage, les longerons et les cadres; les structures d'aile, y compris les revêtements d'aile, les longerons et les longerons ; et structures de queue ; et des composants plus discrets, comme autour des fenêtres, des composants intérieurs, y compris les compartiments de rangement des bagages et les cloisons intérieures. Les murs à l'intérieur des avions sont également souvent en matériaux composites.

Dans le même temps, d'autres marchés finaux en termes de volume de matériaux incluent l'industrie éolienne, comme les pales d'éoliennes en matériaux composites.

Pour la fabrication composite, le rôle de la fabrication additive est de rendre les pièces plus efficaces et plus rapides, ce qui peut ne pas être possible avec la fabrication composite existante lorsque des pièces discrètes ou une fabrication à faible volume sont envisagées. La fabrication additive rend cela possible, et grâce à l'utilisation de fibres continues dans l'additif, des éléments de résistance et de rigidité seront introduits, ce qui amène l'aspect application de la pièce à un niveau supérieur.

5 techniques d'impression 3D de composites

1. Imprégnation in-situ : Les fibres sèches sont introduites dans une buse tandis que le matériau de matrice est injecté par un ou plusieurs moyens d'afflux lors du dépôt par co-extrusion. La matrice est introduite et chauffée et les fibres sont imprégnées in situ avant dépôt.

2. Co-extrusion avec pylône : au lieu de fibres sèches, un ruban préimprégné/mince préimprégné est introduit dans une buse, chauffé et co-extrudé avec d'autres matériaux de matrice. Typiquement, la matrice dans les deux est la même que celle dans la coextrusion. L'anisoprint est une exception, où la matrice préimprégnée est thermodurcissable tandis que la coextrusion est thermoplastique.

3. Towpreg extrusion : L'entrée du stock de remorquage est chauffée et extrudée sans aucun autre matériau.

4. Consolidation in situ : Ce processus est similaire à une version réduite du placement automatisé des fibres (AFP) pour les thermoplastiques, où le ruban de câble/préimprégné thermoplastique entrant est durci in situ au fur et à mesure qu'il est déposé. Pendant le processus d'alimentation, la matière première est chauffée par une source d'énergie externe au niveau de la buse, puis placée et durcie par des rouleaux presseurs pendant le processus de dépôt.

5. Imprégnation en ligne : Semblable à l'enroulement filamentaire 3D, la fibre est imprégnée lors de son acheminement vers la tête d'impression. Comme pour l'extrusion de câble, le dépôt se produit à travers une buse.

Développement d'applications d'impression 3D composite

Alors, quelles pièces peuvent être fabriquées en composites maintenant, ou peut-être que ce sera plus facile grâce au processus de fabrication additive ?

Divers supports et attaches sont largement utilisés dans l'industrie aérospatiale, en particulier dans certaines structures aéronautiques. Par exemple, une série de cadres et de longerons dans le revêtement du fuselage. Dans le cadre du régime de fabrication actuel, une attache mécanique est nécessaire pour relier le cadre et la structure au revêtement du fuselage. Cela se fait actuellement à l'aide d'une variété de supports et de fixations complexes ainsi que d'autres matériels fabriqués à l'aide de la fabrication composite traditionnelle (moulage par compression) et peut voir cela se faire plus efficacement grâce à la fabrication additive à l'avenir en fonction du volume et des exigences matérielles de ce travail.

Bien sûr, non seulement dans des scénarios d'application à grande échelle tels que les avions, mais les matériaux composites d'impression 3D ont également un espace d'application imaginatif dans de petits scénarios.

La FA-Additive Manufacturing rend les composites de plus en plus pratiques pour les pièces fabriquées plus petites, plus complexes et à faible volume. Le fabricant de composites Hexcel, par exemple, utilise également le processus de fabrication additive composite « HexAM » de la société pour imprimer en 3D des composants de véhicules aériens sans pilote (UAV).

Mais lorsqu'il s'agit de pièces à faible volume et quelque peu complexes, une pièce plus imaginable pourrait remplacer les pièces métalliques usinées d'aujourd'hui. Le remplacement des pièces métalliques par des composites est le mode de fonctionnement de l'industrie des composites depuis environ 50 ans. Cependant, les défis auxquels sont confrontés les matériaux composites fabriqués de manière additive pour remplacer les produits métalliques doivent être relevés.

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