Imprimer le maillon le plus fort : Tests de chaîne fibre de carbone pour charges industrielles

Note de l'auteur : Aucune machine lourde n'a été endommagée durant cette rédaction ; les prototypes, cependant, n'ont pas eu cette chance.

Les stagiaires d'été chez Markforged explorent régulièrement les limites de notre technologie d'impression 3D avancée. L'été dernier, deux stagiaires se sont fixés un objectif audacieux : créer un seul maillon de chaîne renforcé en fibre de carbone capable de soulever un camion-cimenterie de 10 tonnes. Ils croyaient qu'une imprimante véritablement de grade industriel devrait pouvoir supporter une telle charge.

Leur premier design était une chaîne à maillons ovales conventionnelle, une géométrie omniprésente dans les chaînes commerciales. Le maillon était dimensionné pour des tests de traction sur une Machine d'Essai Universelle Instron 5582 au Olin College of Engineering, dont la capacité de 100 kN nous a permis d'évaluer des prototypes jusqu'au poids d'un camion-cimenterie sans risquer d'équipement lourd.

Pour les curieux de la fabrication de chaînes, le processus est une merveille d'ingénierie ; voir cette vidéo How It's Made pour un regard fascinant dans les coulisses.

Les prototypes initiaux ont révélé un défi clé : la résistance directionnelle de la fibre de carbone. Les maillons de chaîne étaient imprimés entièrement en remplissage Concentric Fiber, qui résiste aux forces de traction dans la direction de la fibre mais offre une rigidité latérale limitée. Quand le maillon était tiré, les côtés se courbaient vers l'intérieur, menant à une rupture prématurée — un problème rarement vu dans les maillons en acier, qui sont plus isotropes.

Pour contrer cela, les stagiaires ont ajouté un élément de renforcement central qui empêchait le flambage des parois latérales. Le design résultant a nécessité une impression de 72 heures utilisant six bobines de fibre de carbone.

Quand le maillon final a été testé sur l'Instron, il a cassé à seulement 50 lb de la capacité maximale de la machine — approchant presque l'objectif de levage de 10 tonnes. Bien que le facteur de sécurité d'ingénierie soit inférieur à ce qu'un propriétaire de camion-cimenterie typique pourrait attendre, le résultat démontre la résistance de grade industriel atteignable avec les matériaux haute performance de Markforged.

Envie d'essayer vous-même ? Explorez l'imprimante Mark Two et téléchargez les fichiers STL ci-dessous.

Fichier STL