Des chercheurs de l’Université technique de Graz (Gean Marcatto, Awais Awan, Willian Carvalho et Stefan Herbst) dirigés par Sergio Amancio ont testé avec succès deux techniques permettant de réaliser des assemblages solides sans utiliser d’adhésifs ou de vis.
Ces techniques comprennent la combinaison de la technique AddJoining et de la fabrication additive. L’application de ces techniques est en attente de brevet, mais elle pourrait être utilisée dans les secteurs de l’aéronautique, de l’automobile et de l’ameublement.
En quoi cela consiste-t-il ?
La recherche explique qu’avec la technique AddJoining, un composant en composite polymère est fixé et imprimé directement sur une surface – dans ce cas, le bois – à l’aide d’un processus d’impression 3D.
Les matériaux largement utilisés lors des essais sont le hêtre, le chêne, le polyamide et le sulfure de polyphénylène renforcés par des fibres de carbone, ainsi que les alliages d’acier inoxydable 316L et Ti-64.
Les éléments imprimés pénètrent dans les interstices du bois et participent à certaines réactions chimiques. Les résultats sont prometteurs, si l’on se réfère aux essais de charge mécanique effectués à l’origine sur des surfaces de bois non traitées.
AddJoining utilise l’impression 3D de bois pour fixer des composites polymères directement sur une surface en bois. Le communiqué indique que le matériau est infiltré par les pores du bois et adhère à de fortes liaisons chimiques égales ou supérieures aux adhésifs conventionnels.
Selon un post-doctorant de l’université de Graz, Gean Marcatto, « après la rupture du joint, nous avons pu trouver du polymère dans les pores du bois et des fibres de bois cassées dans le polymère, ce qui suggère que la rupture s’est produite dans le bois et le polymère, mais pas au niveau du joint ».
Il suggère également que la connexion entre le bois et le polymère ne se rompra pas sous l’effet d’une tension mécanique. La texturation ou la gravure au laser peuvent améliorer les surfaces d’adhérence, mais le processus est conçu pour être simple et utiliser moins de produits chimiques.
Le responsable du projet, Sergio Amancio, explique : « Notre motivation est la protection de l’environnement. Mais nous voulions travailler avec le moins d’étapes possibles, sans produits chimiques. Nous pouvons utiliser cette technologie avec des géométries 3D compliquées, car les composants sont imprimés directement sur la surface, quelle que soit la géométrie souhaitée. »
Assurer un joint ponctuel stable avec l’assemblage par ultrasons
L’assemblage par ultrasons est une autre méthode bien connue. Le principe consiste à appliquer une vibration à haute fréquence et de faible amplitude à l’élément en bois à l’aide d’une sonotrode.
Cela crée une chaleur de friction à l’intersection entre l’élément de base (bois) et le matériau composite (polymère). La surface du polymère fond et s’écoule dans les pores naturels du bois pour former un joint ponctuel stable et robuste par le biais d’un emboîtement mécanique et de diverses forces d’adhésion.
Awais Awan, de l’Université technique de Graz, souligne que « cette technique est particulièrement adaptée aux composants massifs et aux structures en deux dimensions, car elle permet d’obtenir un joint ponctuel localisé avec précision ».
À l’avenir, l’équipe souhaiterait travailler avec des partenaires des secteurs de l’automobile, de l’aéronautique et de l’ameublement afin d’affiner les technologies.
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