Pièces composites imprimées 3D permettent l'auto-détection de dommages pour aérospatial et construction

Brightlands Materials Center (Geleen, Pays-Bas) a développé des pièces composites imprimées en 3D avec fonctionnalité d'auto-détection. L'auto-détection crée des opportunités pour surveiller des structures critiques dans des domaines tels que l'aérospatial, la construction et la santé.

Qu'est-ce que l'auto-détection ?

L'auto-détection est la capacité d'un matériau à agir comme un capteur et collecter des informations sur son propre état. Les composites à matrice polymère renforcés fibre de carbone sont déjà établis comme fournissant des capacités d'auto-détection basées sur des changements mesurables dans la résistance électrique des fibres continues. De tels matériaux sont développés et démontrés pour la surveillance de santé structurale (SHM) dans les applications aéronautiques et de construction incluant ponts et bâtiments.

Traditionnellement, de tels matériaux composites à auto-détection ont été fabriqués en utilisant des techniques impliquant plusieurs étapes, des opérations plus complexes et de l'équipement spécial. Brightlands Materials Center combine l'auto-détection de la fibre de carbone continue avec la fabrication par fabrication additive pour rendre les applications SHM plus rentables, permettant une utilisation plus large et l'expansion à de nouvelles applications.

L'impression 3D fibre continue ouvre de nouveaux horizons

La fabrication additive permet un positionnement et une orientation très précis des fibres de carbone continues. Ainsi, il est possible de placer les fibres à des emplacements choisis à l'intérieur du produit pour fournir la résistance et la rigidité requises le long des chemins de charge spécifiés, et formant une partie intégrante de la structure. Cela signifie que les fibres de carbone sont situées où elles sont nécessaires pour agir comme « capteurs » pour surveiller la structure et plusieurs fibres peuvent former une gamme de capteurs à travers la pièce.

Brightlands Materials Center a démontré ce concept en surveillant la déformation dans un modèle réduit de pont composite piétonnier et dans une poutre en flexion simple. Les deux étaient imprimés avec l'imprimante composite 3D Composer A4 d'Anisoprint (Esch-sur-Alzette, Luxembourg). « Nous sommes particulièrement satisfaits de nos nouveaux systèmes Anisoprint, car ils offrent une telle liberté dans le choix des matériaux d'impression ainsi que le contrôle complet du dépôt de fibres », dit Guy Bex, ingénieur de recherche au Brightlands Materials Center. La liberté dans le positionnement des fibres est aussi cruciale pour la détection car les fibres de carbone continues doivent faire saillie de la pièce pour faire des connexions au matériel électronique utilisé pour la surveillance.

Résultats d'impression 3D plus précis

Puisque l'impression 3D ne nécessite pas d'outils ou de moules, elle offre un procédé en une étape pour produire des composites renforcés fibres continues de n'importe quelle forme, remplaçant les techniques traditionnelles multi-étapes qui sont plus complexes, chronophages et coûteuses. Cependant, l'optimisation du procédé de fabrication pour structures imprimées 3D peut nécessiter plusieurs itérations. Les composites imprimés 3D à auto-détection peuvent collecter des informations sur leurs conditions réelles d'utilisation, important pour la phase de conception et prototype de nouveaux produits.

Durant de tels tests, la pièce imprimée 3D à auto-détection enregistre les conditions réelles et forces expérimentées en service, ce qui donne aux concepteurs et ingénieurs une compréhension plus précise des exigences réelles que les pièces imprimées doivent supporter.

Une telle détection peut aussi permettre aux pièces d'agir comme outil de diagnostic. Par exemple, des pièces d'orthèse ou prothèse imprimées 3D à auto-détection pourraient guider les patients et fournir des informations précieuses aux médecins concernant la distribution de contraintes et les schémas de mouvement.

Partenaires de recherche

Brightlands Materials Center est un centre de recherche indépendant fondé par l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée TNO (La Haye) et la province de Limbourg. Il soutient l'innovation dans l'industrie avec un fort focus applicatif et offre de la recherche contractuelle dédiée et de la participation, incluant une feuille de route de recherche sur les composites imprimés 3D à auto-détection.

Anisoprint est un inventeur de l'anisoprinting — la technologie pour la conception et production de structures composites optimales par dépôt 3D de fibres continues. L'entreprise fabrique des imprimantes 3D, matériaux (basés sur fibres carbone et basalte) et logiciels pour produire des pièces composites anisoprintées pour aider les scientifiques à résoudre des problèmes de recherche de nouvelles façons plus efficaces et pour permettre aux entreprises de fabrication de réduire leurs coûts.