Remplacement des pièces en aluminium par de la fibre de carbone imprimée en 3D
Récemment, une grave pénurie d'aluminium parmi les fournisseurs de l'industrie a entraîné une forte augmentation des prix. Depuis janvier 2021, les prix de l'aluminium ont augmenté de plus de 50 %, et les experts prévoient que cette augmentation durera au cours des deux prochaines années.
Selon Jyske Bank, la pénurie mondiale d'aluminium peut être attribuée à une consommation accrue de matériaux due à trois facteurs :l'augmentation des dépenses en biens de consommation due aux plans de relance, l'augmentation des investissements dans les technologies durables qui reposent sur l'utilisation de l'aluminium (comme les éoliennes, les voitures) et la production et la consommation chinoises d'aluminium.
À la lumière de cette pénurie d'aluminium, la fibre de carbone Markforged offre une alternative appropriée, car nombre de nos clients l'utilisent pour remplacer des pièces en aluminium usiné. La fibre de carbone a le rapport résistance/poids le plus élevé de nos fibres de renforcement. Six fois plus solide et dix-huit fois plus rigide que l'Onyx, le renfort en fibre de carbone est couramment utilisé pour les pièces qui remplacent l'aluminium usiné.
Lorsqu'il est posé dans un matériau de base composite comme l'Onyx, il peut produire des pièces aussi résistantes que l'aluminium 6061-T6. En tant que matériau, il est extrêmement rigide et résistant et peut être appliqué automatiquement dans une grande variété de géométries par les imprimantes 3D Markforged pour produire des pièces optimisées.
Qu'est-ce que la fibre de carbone ?
Les fibres de carbone sont constituées d'atomes de carbone organisés en longues fibres cristallines de seulement 5 à 10 microns de diamètre. Dans la fabrication moderne, plusieurs milliers de fibres de carbone sont regroupées en câbles et combinées avec d'autres matériaux pour former un composite. Lorsqu'ils sont joints à une matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable, les câbles de fibre de carbone peuvent prendre diverses formes pour une utilisation dans des applications d'ingénierie.
Les propriétés matérielles spécifiques de la fibre de carbone la rendent idéale pour une grande variété d'applications, notamment :
- Haute rigidité et résistance à la traction (aussi solide que l'aluminium)
- Densité relative bien inférieure à celle de l'acier et de l'aluminium
- Résistance à la chaleur et aux produits chimiques
Qu'est-ce qui fait de la fibre de carbone un remplacement idéal pour l'aluminium ?
En utilisant le renforcement continu en fibres (CFR), la fibre de carbone peut atteindre une résistance similaire à l'aluminium, avec la capacité de remplacer les composants usinés dans l'application. Cela est dû à sa rigidité améliorée, sa résistance aux chocs, sa résistance à la chaleur et sa durabilité.
Le CFR permet une flexibilité dans la manière dont les utilisateurs peuvent implémenter des fibres continues dans leurs pièces - les utilisateurs peuvent contrôler la quantité de fibre de carbone insérée dans les pièces, ainsi que l'emplacement spécifique dans les pièces où les câbles de fibre de carbone sont placés.
Propriétés de la fibre de carbone
Par rapport à l'aluminium 6061, la fibre de carbone imprimée en 3D a un rapport résistance/poids 50 % plus élevé en flexion et un rapport 300 % plus élevé en moment de traction. Le renforcement continu en fibre de carbone a été utilisé pour créer des gabarits/montages conformes et des outils spécialisés pour certaines des entreprises mondiales les plus importantes et les plus prestigieuses jusqu'à des pièces d'utilisation finale uniques pour des applications de sport automobile haut de gamme.
De plus, la fibre de carbone renforcée a une résistance à la flexion de 540 MPa, par rapport à l'aluminium 6061-T6 (<480 MPa).
Cliquez ici pour un aperçu complet des mesures de résistance de la fibre de carbone.
Comment fonctionne l'impression en fibre de carbone ?
Les imprimantes Markforged commencent par former la coque extérieure et le remplissage de la pièce à l'aide d'Onyx, un thermoplastique chargé de fibres de carbone coupées à brins courts. Cette étape du processus est connue sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF).
Une buse secondaire est ensuite utilisée pour incruster un renforcement de fibre continu (CFR) à long brin, renforçant sélectivement le périmètre, des éléments sélectionnés ou des couches entières de la pièce. En utilisant le CFR, les pièces peuvent être stratégiquement renforcées de différentes manières pour s'adapter à différentes conditions de chargement spécifiques.
Ressources
impression en 3D
- Fibre de carbone
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- Fibre de carbone contre aluminium :pourquoi sont-elles utilisées et en quoi elles diffèrent
- Comparaison des méthodes de fabrication courantes de pièces en fibre de carbone
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