L’impression 3D à fibres de carbone continues pour détecter les défauts structurels

l'impression 3D à fibres continues pour détecter les défauts structurels

Souvent employée pour évoquer un matériau qui a été renforcé avec des fibres, l’impression 3D dite composite permet la fabrication de pièces à la fois légères et solides. Sa capacité à apporter plus de résistance à une pièce sans impacter son poids final, intéressent particulièrement les secteurs qui exigent de hautes performances et/ou des économies de carburant comme l’aéronautique, l’automobile ou le médical, pour remplacer certaines pièces métalliques. Les résultats sont d’autant plus importants lorsque ce sont des fibres continues qui sont imprimées plutôt que des fibres hachées. Bien sûr, plus la fibre utilisée est solide, moins il est nécessaire d’en ajouter et plus la pièce est légère. En terme de combinaison poids/résistance, la palme revient sans aucun doute à la fibre de carbone.

Il s’avère qu’en plus de ses qualités de résistance étonnantes, la fibre de carbone est également conductrice d’électricité. Fait encore plus intéressant, cette propriété change légèrement lorsque la fibre de carbone est pliée, comme c’est le cas lorsque la pièce est soumise à une contrainte. En effet les matrices de polymères composites, contenant une fibre de carbone continue, sont connues pour cette capacité d’auto-détection fondée par un changement mesurable de la résistance électrique de la fibre. Sur le plan pratique, ce type de produits est particulièrement intéressant pour surveiller la bonne santé des structures de pièces critiques pour l’aéronautique ou la construction de ponts. Habituellement, les matériaux possédant ces capacités d’auto-détection sont élaborés en plusieurs étapes avec des techniques traditionnelles de fabrication des polymères qui sont complexes et nécessitent des équipements spéciaux.

En installant des capteurs électriques et un logiciel spécifique pour surveiller les variations électriques, on peut ainsi obtenir une pièce dite auto-sensible capable de surveiller des structures critiques. Anisoprint qui est l’un des rares fabricants à maîtriser l’impression 3D composite à à fibre continues, a récemment révéler comment un client, le centre de recherche néerlandais Brightlands Materials Center, a expérimenté cette approche pour développer des composants imprimés 3D autodétectables.

Les protagonistes expliquent avoir imprimé deux pièces d’essai, un pont piétonnier miniature et une simple poutre de flexion à l’aide d’une imprimante 3D Composer A4 d’Anisoprint. Grâce à sa double extrusion, cette dernière permet de choisir le polymère faisant office de matrice et, le plus important, de choisir la disposition des fibres de carbone. « Cet aspect est crucial pour cet usage de capteur, les fibres de carbone doivent sortir de la pièce pour être raccordées au dispositif de mesure à l’extérieur de l’objet. » Explique le Brightlands Materials Center dans un communiqué.

« L’impression 3D de composite ayant cette capacité d’auto-détection permet la collecte d’informations sur l’usage de l’objet en conditions réelles »

données de résistance

Cette approche présente également un intérêt pour la phase de conception. Aerosint explique en effet qu’en imprimant des prototypes plus petits, concepteurs et ingénieurs pourront plus facilement déterminer les exigences auxquelles les pièces imprimées en 3D sont soumises et ainsi mieux répartir les charges. « Parfois, l’impression 3D nécessite plusieurs tentatives pour obtenir l’objet possédant les caractéristiques requises. L’impression 3D de composite ayant cette capacité d’auto-détection permet la collecte d’informations sur l’usage de l’objet en conditions réelles. »

C’est important pour la conception et le prototypage de nouveaux produits ou pour le remplacement de pièces détachées qui ne sont plus disponibles. Pendant la phase de test, la fonction capteur permet de mesurer les forces et pressions auxquelles le produit sera soumis. Cela donne aux concepteurs et ingénieurs une bonne compréhension des qualités mécaniques que la pièce imprimée en 3D devra posséder.

L’ajout de mécanismes d’auto-détection dans des pièces imprimées en 3D pourrait permettre de surveiller et d’améliorer un grand nombre de structures critiques dans de nombreux domaines comme l’aéronautique, l’automobile et la construction, mais aussi la santé. Des dispositifs médicaux tels que des orthèses ou des prothèses imprimés selon cette technique permettrait à la fois de guider les patients, mais aussi fournir des informations précieuses aux médecins sur la répartition du stress et des cinématiques.

test de la structure imprimée en 3D