Fabrication à fibres continues : fusion de l'impression 3D et du traitement avancé des fibres

La fabrication à fibres continues (CFM) est le procédé d'impression 3D/dépôt de fibres continues breveté par moi composites (Milan, Italie). L'entreprise a été créée en février 2018 par l'ingénieure matériaux et professeure Marinella Levi, l'ingénieur design Gabriele Natale et l'architecte Michele Tonizzo. Elle a été essaimée du +LAB, un hub collaboratif d'impression 3D que Levi a fondé au Politecnico di Milano.

La CFM a été brevetée en 2015 et démontrée en 2016 via le projet Atropos, qui impliquait l'impression d'une pale d'hélice en fibre de verre/époxy continue utilisant un robot industriel Kuka. La pale comportait une treillis interne et une coque externe démontrant à la fois un stratifié multiaxial (0°, 45°, etc.) et un placement de fibres le long d'un axe non-linéaire. Moi composites a développé un système de 2^e génération utilisant un robot Comau avec enveloppe de construction 1,0 × 0,5 × 0,8 m hauteur. « Nous avons aussi utilisé des robots plus grands avec tables rotatives et volumes de construction plus grands, démontrant que notre technologie est facilement scalable », dit le co-fondateur Tonizzo. « Nous pouvons actuellement imprimer avec durcissement UV en époxy, acrylique et vinylester », dit-il, « mais nous ne sommes pas liés au durcissement UV. » Fibre de verre jusqu'à 2400 tex et fibre de basalte ont tous deux très bien imprimé et moi composites travaille maintenant avec le carbone, mais pas avec résines UV. L'entreprise peut aussi imprimer avec fibres conductrices électriques et produit des pièces pour applications biomédicales, marines, pétrole & gaz, et aérospatiales, principalement en fibre de verre. Elle développe aussi une tête d'impression tout-en-un de 3^e génération avec système d'application de pression sur les fibres, capteurs, mécanismes de coupe et outil de fraisage. Tonizzo dit que cela comblera le gap entre impression 3D et placement automatisé de fibres (AFP). « L'impression 3D n'atteint pas la performance de l'AFP, mais la CFM offre plus de flexibilité. Nous pouvons déjà imprimer avec fibres 0,25 mm d'épaisseur et avons la capacité de créer des courbes et placer des fibres continues en position idéale », ajoute-t-il.

Le traitement hybride est un concept que moi composites a déjà exploré, un de leurs succès étant la prothèse de membre inférieur légère, faible déflection Superior. La prothèse est faite avec un cœur interne en fibre de verre continue imprimé, qui est ensuite gainé d'un stratifié main, sac sous vide seulement, en tissu fibre de carbone et peau époxy. « Toute la conception réduit la déflection et augmente la personnalisation tout en réduisant significativement coût et temps de production », dit Tonizzo.

Une partie de cette optimisation est produite par la conception et flux de travail numériques, qui utilisent le logiciel Autodesk avec les algorithmes de moi composites pour l'optimisation des contraintes et chemins. C'est ce qui produit le chemin de fibre optimisé pour les charges structurelles et le processus de dépôt de fibres.

La CFM est ouverte à une variété de matériaux et innovations de design explorés par +LAB, incluant motifs de remplissage 3D imprimés à réponse élastique ajustable, et impression avec matrices novatrices comme les géopolymères, qui se comportent comme du béton. Alors que moi composites continue d'avancer sa technologie CFM, vendra-t-elle têtes d'impression et machines ? « Oui, mais dans le futur », dit Tonizzo. « Pour l'instant, nous produisons des pièces et apportons la technologie chez le client, utilisant notre savoir-faire, tête d'impression et logiciel pour réaliser des solutions pièces à la demande. Nous cherchons aussi des investisseurs pour monter en charge machines et procédés CFM pour opportunités commerciales. »

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