Impression 3D fibre continue par capillarité : percée des chercheurs de l'Université du Delaware

De nouvelles recherches en impression 3D fibre continue montrent un potentiel pour pièces composites manufacturées additivement pour une gamme d'industries — y compris l'espace. Publiée dans la revue académique Matter, des chercheurs du Center for Composite Materials (CCM) de l'Université du Delaware (Newark, Delaware, États-Unis) ont récemment présenté une méthode à l'échelle laboratoire pour l'impression 3D fibre continue incorporant robotique et un système de polymérisation thermique in situ capillaire pour pièces composites carbone rapides utilisant résines thermodurcissables haute température.

« Nous l'appelons impression 3D en une étape », dit le Dr Kun Fu, professeur adjoint à l'Université du Delaware et auteur de l'étude. Baptisée 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 incluant : fibre de carbone dévidée d'une bobine, une barre de guidage, une buse de résine liquide et un chauffage électrique. Au fur et à mesure que la fibre est placée sur la surface de la pièce, la résine liquide est pulvérisée sur les fibres et immédiatement suivie par le chauffage, qui, explique Fu, aide à la fois l'imprégnation et la polymérisation de la pièce. Fu ajoute que le processus de chauffage réduit la viscosité de la résine à température ambiante, l'aidant à s'imprégner dans les fibres sans besoin de vide le long des capillaires, ou espaces en forme de tubes, entre les fibres. Selon les besoins et la taille de la pièce fabriquée, Fu dit que la température du chauffage peut être augmentée ou réduite pour contrôler la viscosité de la résine. »

Mouillage et polymérisation quasi simultanés

Cette méthode permettrait, selon les rapports, un mouillage et une polymérisation quasi simultanés de fibres continues avec résines thermodurcissables, avec potentiel pour produire rapidement des composants composites 3D aux géométries complexes et aux hautes propriétés mécaniques issues des fibres continues et résines thermodurcissables haute température. Les chercheurs ont également démontré que le système peut être utilisé pour impression horizontale et verticale, dit Fu, et sur surfaces planes ou courbes, ajoutant à la flexibilité du système.

« La technique a été très prometteuse jusqu'à présent », dit Fu, « et pour autant que nous sachions, 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.

Subvention NASA pour protection thermique spatiale

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

Actuellement, la technologie n'a été démontrée qu'à petite échelle — fibres de carbone 3K utilisées pour l'étude — mais Fu dit que l'équipe travaille à passer à l'échelle supérieure le système robotique pour permettre l'utilisation de torons carbone plus larges pour composants plus grands. Les chercheurs recherchent actuellement des entreprises intéressées à collaborer sur l'industrialisation et la commercialisation ultérieure de la technologie.

Pour accéder à l'article Matter, aller sur www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818.