La fibre de carbone est un matériau miracle prisé par de nombreuses industries pour sa légèreté et sa robustesse. Utilisée pour la première fois dans les années 60 pour la fabrication de fils de lampes à incandescence, cette matière est réputée pour être aussi résistante que de l’acier, voir même plus, tout en étant 70 % plus légère. Véritable obsession dans l’industrie automobile et aéronautique, la chasse aux kilos superflus est une préoccupation majeure.
Les propriétés de la fibre de carbone en font par conséquent un allié de choix pour l’allégement des voitures et des avions. Les kilos économisés sont autant de consommation de carburant en moins et de CO2 rejeté. D’après les estimations, une diminution de 10 % de la masse d’un véhicule entraîne une économie de carburant comprise entre 6 et 8 %.
« Stratasys permettra de répondre à ce besoin en offrant des pièces solides en fibre de carbone et en Nylon 12 »
Pour répondre à l’utilisation croissante de composites dans tous les secteurs, le géant américain Stratasys a donc développé une imprimante 3D carbone : La Fortus 380mc Carbon Fiber Edition. Conçue pour le Nylon 12CF renforcé en fibre de carbone, la machine est un système de qualité industrielle accessible à partir de 70 000 € dans la zone EMEA et qui sera commercialisée dans les prochaines semaines.
« Nos clients nous incitent à faciliter l’accès à la fibre de carbone. », indique Pat Carey, vice-président principal des Ventes de Stratasys. « Ils nous ont dit qu’ils souhaitaient une solution abordable tout en bénéficiant d’un système sûr et de qualité industrielle. C’est pourquoi nous offrons dorénavant un système plus accessible basé sur la technologie de notre Fortus 380mc. Comme la 380mc CFE n’utilise que le Nylon 12 renforcé de fibre de carbone et un autre matériau, elle est actuellement l’imprimante la moins onéreuse de toute notre gamme d’imprimantes industrielles. »
Une forte résistance aux chocs et une rigidité élevée
Qu’il s’agisse de ses voitures de course engagées sur les circuits IndyCar ou NASCAR, Team Penske utilise la technologie FDM pour fabriquer ses prototypes et pièces finales à partir de matériau composite Nylon 12 renforcé de fibre de carbone. L’écurie a récemment utilisé ce composite dans la fabrication d’un boîtier de rétroviseur pour ses pilotes NASCAR. Après avoir dessiné le boîtier de rétroviseur, les ingénieurs ont personnalisé le design pour chaque pilote des Cup Series avant de fabriquer les pièces finales en composite avec la technologie FDM.
Le matériau à base de fibre de carbone a permis à Team Penske de produire des boîtiers de rétroviseur légers offrant une forte résistance aux chocs et une rigidité élevée, deux qualités essentielles dans les sports automobiles. La rigidité du composite est particulièrement utile dans la fabrication des pièces à paroi fine, de sorte qu’elles ne plient pas sous l’effet des charges aérodynamiques lors des courses.
Les applications de la fabrication additive pour le Nylon 12 renforcé de fibre de carbone peuvent inclure :
– les prototypes fonctionnels de pièces composites ou en métal.
– des passes de fabrication courtes dans un matériau très résistant.
– la production d’outils de montage légers pour une meilleure ergonomie et une moindre fatigue des opérateurs.
– le remplacement des pièces en métal par des composites haute résistance et légers.
Stratasys s’attend dès lors à ce que les fabricants d’outillages et de fixations ainsi que des fabricants des secteurs de l’automobile, des équipements sportifs et de loisir, de l’industrie navale, des orthèses et prothèses, de la défense, de l’aéronautique, du matériel médical, et de l’industrie pétrolière et gazière soient les premiers à adopter son imprimante 3D Fortus 380CFE.
« Comme pour les pièces classiques en plastique renforcé de fibre de carbone moulées par injection, les filaments de fibres de carbone constituent 35 % du poids du Nylon 12CF de Stratasys, qui délivre le meilleur rapport rigidité/poids de toutes les pièces FDM ou FFF imprimées en 3D. » Commente Stratasys.
Selon le géant américain, le Nylon 12CF est jusqu’à quatre fois plus résistant qu’une solution alternative à prix comparable sur les axes X et Y. En outre il conserverait ses propriétés mécaniques à une température 40 % supérieure. La Fortus 380mc CFE est enfin annoncée comme deux et cinq fois plus rapide qu’une imprimante 3D à prix comparable utilisant la fibre de carbone.
« Fortus 380 CFE produit des pièces avec une épaisseur de couche de 0,254 mm »
Côté impression, la Fortus 380 CFE produit des pièces avec une épaisseur de couche de 0,254 mm. Le système est également compatible avec le thermoplastique ASA avec lequel il peut produire à des épaisseurs de couche de 0,254 mm ou de 0,127 mm. Le compartiment de fabrication de l’imprimante 3D mesure 355 x 305 x 305 mm. L’imprimante intègre un système d’élimination du matériau de support soluble dans l’eau; ainsi aucune intervention manuelle n’est nécessaire pour retirer les supports.
« Cela permet de créer des géométries fines et complexes, ce qui serait impossible sans le matériau de support soluble, du fait du risque de destruction des détails très fins lors du nettoyage, ou des difficultés voire de l’incapacité à éliminer le matériau de support pour les géométries complexes. » souligne Stratasys.
Stratasys rejoint un marché où les fabricants de machines se comptent sur les doigts d’une main. Dans cette gamme de prix on retrouve le pionnier de l’impression 3D carbone Markforged et sa X7 vendue environ 60 000 €. Dotée d’un volume construction de 330 × 270 × 200 mm, cette imprimante 3D industrielle se distingue par son procédé.
A l’inverse de la Fortus qui utilise une unique tête d’impression pour déposer un filament polymère renforcé avec des microfibres de carbone, la Markforged X7 embarque deux buses. La première extrude un filament nylon pendant que l’autre vient renforcer l’impression directement avec des fibres continues de carbone. Elle peut également fonctionner avec du Kevlar et de la fibre de verre. Le fabricant russe Anisoprint exploite un procédé similaire, mais pour une imprimante 3D de bureau (la Composer A4).
Passionné par l’impression 3D, je dispense la bonne parole pour démocratiser et ouvrir cette technologie au plus grand nombre. Actualités, applications, interviews… J’œuvre pour démontrer aux particuliers et professionnels tout le potentiel de cet outil révolutionnaire. Entreprises, fablabs, distributeurs, associations, designers, je souhaite aussi créer à travers ce site une émulation entre les différents acteurs de ce domaine.
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