Comment l'impression 3D révolutionne la fabrication de composites

Selon 3D Science Valley, les matériaux composites s'imposent dans de nombreuses applications, offrant des solutions éprouvées pour la fabrication de composants à haute valeur ajoutée, notamment dans l'aéronautique. Leur adoption s'accélère aujourd'hui grâce à l'impression 3D. La fabrication additive permet de produire des pièces composites sans moules, ouvrant de nouvelles voies pour l'industrie.

Une fabrication composite plus flexible

La fabrication additive évolue vers une maturité multidimensionnelle, ciblant la production de série et les applications finales. La convergence nouveaux matériaux / nouveaux procédés trace la voie de l'industrialisation.

On entend par composite une matrice polymère (thermodurcissable ou thermoplastique) renforcée de fibres continues ou discontinues : carbone, verre, ou fibres naturelles (jute, lin, aramide, basalte).

Dans l'aéronautique, la part des composites est passée de 0 % dans les avions de ligne des années 1970 à 80 % sur le Boeing Dreamliner. Dans l'automobile, GE a remplacé dès les années 1980 de nombreuses pièces en acier non structurelles (pare-chocs, boîtiers de filtre) par du plastique. Les pièces en composites carbone imprimées en 3D peuvent opérer une substitution similaire.

Pour l'automobile, les premières opportunités concernent des pièces comme ailerons, volants ou poignées de porte, avant d'évoluer vers de grands éléments structurels.

Le marché le plus valorisant reste l'aérospatial : fuselages, longerons, cadres, structures d'ailes, empennages, composants intérieurs (coffres, cloisons), parois. L'éolien suit en volume (pales en composites).

Pour la fabrication composite, l'apport de l'additif est de rendre possible la production efficace et rapide de pièces discrètes ou en petites séries, impossibles avec les méthodes classiques. L'intégration de fibres continues dans le dépôt ajoute résistance et rigidité, élevant le niveau de performance des pièces.

5 techniques d'impression 3D de composites

1. Imprégnation in-situ : fibres sèches et matrice injectée co-extrudées dans la buse ; chauffage et imprégnation avant dépôt.
2. Co-extrusion avec préimprégné : ruban préimprégné (thin-preg) chauffé et co-extrudé avec matrice additionnelle. Matrices généralement identiques, sauf exception (Anisoprint : matrice thermodurcissable en préimprégné, thermoplastique en co-extrusion).
3. Extrusion de towpreg : fil préimprégné chauffé et extrudé sans autre matériau.
4. Consolidation in-situ : version miniaturisée du placement de fibres automatisé (AFP) pour thermoplastiques ; ruban tow/prepreg chauffé à la buse, déposé et consolidé sous rouleaux presseurs.
5. Imprégnation en ligne : analogue au filament winding 3D ; fibre imprégnée au niveau de la tête d'impression, dépôt par buse.

Développement des applications de l'impression 3D composite

Quelles pièces peut-on fabriquer aujourd'hui, ou plus facilement grâce à la fabrication additive ?

L'aéronautique utilise massivement équerres et fixations, notamment pour assembler cadres et longerons aux peaux de fuselage. Actuellement, fixation mécanique via équerres complexes et quincaillerie variée, réalisée en moulage par compression. La fabrication additive promet une efficacité accrue selon volumes et exigences matériaux.

Au-delà des grands programmes, l'impression 3D composite ouvre des perspectives imaginatives pour petites séries. Hexcel, par exemple, utilise son procédé « HexAM » pour imprimer des composants de drones (UAV).

Pour les pièces complexes en faible volume, le remplacement de pièces usinées métal est une piste majeure. La substitution métal → composite anime l'industrie depuis 50 ans. Mais les défis des composites additifs face aux pièces métal restent à relever.

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