L’impression 3D composite en fibres de carbone convient à la fabrication d’outils et de pièces d’utilisation finale dans de nombreuses industries, notamment le secteur médical, l’aérospatiale et l’automobile (crédits photo : Ricoh 3D)
Moins développée que les autres technologies de fabrication additive, l’impression 3D composite compte néanmoins parmi les segments les plus prometteurs de cette technologie. Selon le cabinet d’études SmarTech Analysis, ce marché pourrait même dépasser les 9 milliards de dollars en 2028. Issus de la combinaison de propriétés physiques et chimiques différentes, le plus souvent une matrice (c’est à dire le thermoplastique) associée à des fibres continues ou coupées, les matériaux d’impression 3D composites permettent de fournir des pièces à la fois plus résistantes et légères. Dans certains cas elles peuvent même remplacer le métal. Pour l’aéronautique ou l’automobile, des secteurs connus pour pousser très loin la chasse aux kilos superflus pour faire des économies de carburant, les opportunités sont immenses. Les obligations des constructeurs en matière d’émission CO2 n’ont fait que renforcer cette tendance.
Tandis que certains fabricants proposent ce type de technologie en option dans le cadre d’un vaste portefeuille, d’autres s’en sont fait une spécialité. C’est le cas d’Impossible Objects, un fabricant américain d’imprimantes 3D industrielles composites, qui récemment s’est associé à Ricoh 3D, un fournisseur de services d’impression 3D japonais, pour développer une nouvelle gamme de matériaux composites 3D à base de poudre. Rappelons que cette jeune pousse basée à Chicago, a développé un procédé hybride unique combinant le dépôt à jet de matière et le Mim, principe que l’on retrouve aujourd’hui dans de nombreuses technologies d’impression 3D métal.
Sa technologie CBAM (Composite Based Additive Manufacturing) repose en fait sur une technique par laminage qui consiste à déposer de fines gouttelettes d’encre sur une feuille fibreuse (en fibres continues de carbone ou de verre), sur laquelle est ensuite appliquée sur toute sa surface une poudre polymère. Celle-ci n’adhère alors que là où le liant a été déposé. Une fois l’excès de matière aspiré, l’opération est ainsi répétée en empilant et comprimant les feuilles. L’impression est chauffée pour faire fondre les couches de polymère, puis les parties non liées des feuilles de fibres sont retirées, révélant la géométrie de la pièce finale. La dernière étape enfin, consiste à placer l’impression dans un four de frittage pour fusionner la poudre polymère et les feuilles fibrées. Après quelques post-traitement physiques et chimiques, on obtient une pièce extrêmement résistante et légère.
Cette approche permet de s’affranchir des contraintes des technologies traditionnelles (AFP, ATL…), dont on sait qu’elles nécessitent des opérations longues et coûteuses, ainsi qu’une main-d’œuvre plus qualifiée. Impossible Objects affirme d’ailleurs être aujourd’hui le seul fabricant à associer des fibres longues avec des poudres de polymères hautes performances pour créer des composites à fibres continues.
« produire des pièces imprimées en 3D plus solides et plus performantes à un coût nettement inférieur »
Imprimante 3D CBAM-2 (crédits photo : Impossible Objects)
La nouvelle gamme de matériaux mise au point par Ricoh 3D et Impossible Objects sera composée d’une matière poudre de PEEK /fibres de carbone et d’une autre composée de poudre PA12/ fibres de carbone. La stabilité thermique élevée (340 ° C) du PEEK, ainsi ses qualités ignifuges et son excellente résistance (> 130 Mpa), en font, explique le fabricant, un matériau idéal pour des applications dans l’aérospatiale et les dispositifs médicaux. Quant au PA12, sa grande résistance chimique et une résistance élevée> 100 MPa, permettraient de concurrencer les pièces moulées par injection en optimisant le rapport solidité/poids, tout en en s’affranchissant de leurs limites géométriques.
Bob Swartz, fondateur et président d’Impossible Objects, ajoute : « CBAM ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication additive en permettant de produire des pièces imprimées en 3D plus solides et plus performantes à un coût nettement inférieur à ce qu’il était auparavant. Ces propriétés rendent les matériaux idéaux pour les applications d’outillage et d’utilisation finale dans une gamme d’industries, y compris la médecine, l’aérospatiale, l’automobile, le sport et l’industrie; créer n’importe quoi, des hélices aux composants d’engrenages, des clubs de golf aux prothèses. Il était très important pour nous que cette offre soit durable. Toute la poudre peut être recyclée en extrayant les déchets de la feuille, garantissant que rien n’est gaspillé et rendant le processus encore plus efficace que SLS. »
Si de nombreux secteurs utilisent déjà des matériaux composites dans certains de leurs produits, l’impression 3D composite promet d’augmenter considérablement le nombre de pièces fabriquées. Les nombreuses combinaisons possibles entre les fibres (carbone, kevlar, fibres de verre, aramide…), et les autres matériaux d’impression 3D thermoplastiques, laissent entrevoir des applications ô combien passionnantes dans les secteurs de la mobilité (avions, drones, voitures, vélos… ) et du médical (prothèses, semelles, orthèses…). Mais les normes strictes qui régissent ces secteurs, constituent on le sait un frein important pour l’impression 3D. Le chemin est donc encore long. La certification reste un des principaux obstacles actuels à son adoption.
