Composites photopolymères et impression 3D magnétique, une combinaison inattendue pour les pièces composites imprimées en 3D

J. Martin, founder and CEO of Fortify

“L’entreprise qui attire avec des aimants est axée sur la mise sur le marché”.

Nous avons tellement l’habitude de parler de l’impression 3D composite sous une « approche basée sur le dépôt » que nous avons tendance à oublier que les matériaux composites étant disponibles sous diverses formes, leurs technologies de FA peuvent également être des processus basés sur les liquides.

En vérité, personne ne savait que les composites photopolymères pourraient être positionnés de manière unique pour combler le manque de propriétés des matériaux fonctionnels observé dans la fabrication additive composite; personne sauf Fortify.

Le parcours de l’entreprise a commencé en 2016 dans la foulée des recherches sur l’impression 3D composite menées par Randall Erb et Joshua Martin à l’université Northeastern. En cinq ans d’activité, beaucoup de choses se sont passées chez la startup. Qu’il s’agisse de récompenses, de plusieurs levées de fonds ou d’une récente expansion de la ligne de production, Fortify a été bien occupée.

Avec pour objectif de « mettre sur le marché des matériaux de haute performance en se concentrant sur des applications spécifiques », le fabricant américain a développé les technologies brevetées CKM et Fluxprint. Ces technologies permettent de traiter des résines hautement chargées qui offrent des propriétés idéales pour les applications de moules, d’outils et de fixations thermiquement résistants.

Joshua Martin, CEO et cofondateur, nous a dit que Fortify a également lancé “un matériau diélectrique à faible perte destiné aux micro-ondes et aux appareils électroniques qui atténue le besoin de processus de fabrication longs et coûteux (comme le moulage ou le coulage suivi de l’usinage).

Dans cette Opinion de la Semaine, nous avons discuté avec Martin des raisons pour lesquelles les procédés à base de liquide tels que les technologies CKM (Continuous Kinetic Mixing) et Fluxprint pourraient constituer une alternative plus solide et viable pour les pièces composites imprimées en 3D.

La différence avec les approches basées sur le dépôt

Pour produire des microstructures personnalisées dans des composants composites imprimés en 3D, le procédé Fluxprint breveté par Fortify utilise des champs magnétiques et le traitement numérique de la lumière (DLP).

Dans un tel procédé, une couche de matériau d’alimentation est fournie à la plaque avec un renforcement aligné. Il est intéressant de noter que, tandis que le champ magnétique est appliqué pour aligner ce renforcement, les voxels actifs sont exposés à la lumière UV, cimentant ainsi l’orientation du renforcement dans ces voxels. Au fur et à mesure que le processus évolue, le champ magnétique se déplace pour définir une nouvelle orientation du renforcement. Après plusieurs étapes répétées d’exposition aux UV, il y a un ajustement automatique pour amener la matrice de matériau d’alimentation non polymérisé pour la couche d’impression suivante, jusqu’à ce que la pièce soit formée.

Si cette impression “voxel par voxel” est certainement la caractéristique clé qui permet d’obtenir une haute résolution des pièces, il faut également reconnaître que le procédé ouvre de nouvelles possibilités en termes de matériaux. Et ce sont là deux avantages qui jouent en faveur de Fortify.

« L’utilisation d’une matière première composite à fibres courtes avec un procédé à base de liquide permet à Fortify d’imprimer les composites à haute résolution du marché. Il permet également à Fortify d’utiliser plus facilement différents types d’additifs ou de combinaisons de matériaux pour obtenir des performances sur mesure. Les propriétés des matériaux que nos composites thermodurcissables permettent d’obtenir se distinguent de celles des autres procédés à base de filaments (qui sont principalement thermoplastiques) en raison de la réticulation chimique qu’ils impliquent – ce qui entraîne une meilleure performance thermique. En outre, notre procédé permet un alignement des fibres qui n’est pas dicté par les forces de cisaillement. Les approches basées sur le dépôt ne peuvent généralement pas aligner les particules dans une autre direction que celle de la ligne d’extrusion. Cela empêche, par exemple, l’alignement dans l’axe Z, alors que Fortify est capable de renforcer les pièces dans l’axe Z », souligne Martin.

La vérité est que, pour la plupart des opérateurs, obtenir un renforcement réparti sur toute la matrice de l’impression est souvent un Graal. La technologie de Fortify peut résoudre ce problème et peut même aligner les fibres dans ces pièces.

Le « processus CKM (mélange cinétique continu) garantit l’homogénéité du matériau composite, tandis que le processus Fluxprint permet un alignement et un contrôle précis des fibres dans chaque région de la pièce », nous a expliqué notre invité.

Grâce à des techniques basées sur la simulation qui permettent de prédire le protocole d’alignement idéal pour une pièce donnée, l’expert en polymérisation UV de résines techniques hautement chargées peut obtenir le contrôle microstructurel souhaité pendant une production.

Les derniers ajouts à la gamme de produits de la série FLUX

Au début de ce mois, deux nouvelles imprimantes et un nouveau logiciel ont été ajoutés à la gamme de produits de la série FLUX de Foritfy.

Les nouvelles imprimantes 3D, la FLUX CORE et la FLUX 3D complètent un portefeuille qui comprend déjà la FLUX ONE, une imprimante 3D lancée l’année dernière qui ajoute Fluxprint Z (champ magnétique sur l’axe Z) à l’imprimante 3D CORE de base. 

Idéale pour le traitement des résines visqueuses chargées de particules où l’alignement magnétique n’est pas nécessaire, la Flux CORE permet de fabriquer des dispositifs RF et des applications électroniques.

La FLUX 3D, quant à elle, intègre Fluxprint 3D (champ magnétique à 3 axes) à l’imprimante 3D CORE de base, et permet un contrôle amélioré de l’alignement des fibres sur n’importe quel axe des objets au fur et à mesure de leur impression. Les dissipateurs thermiques, les échangeurs de chaleur et les connecteurs industriels haute performance sont quelques exemples d’applications où cette technologie peut être utilisée.

Parlant de la différence entre les deux imprimantes 3D, Martin déclare : « La Flux Core est destinée aux utilisateurs qui cherchent à imprimer avec l’une de nos résines fortement chargées, ou qui cherchent à développer leur propre photopolymère chargé de fibres à l’aide de notre logiciel Flux Developer. Notre plateforme est la machine de qualité industrielle idéale pour développer des composites photopolymères, qui pourraient par exemple être utilisés dans des applications céramiques. Le Flux 3D est une version améliorée de notre plateforme qui offre aux utilisateurs un contrôle 3D complet de l’alignement des particules – permettant des orientations complexes dans chaque couche qui conduisent à des performances thermomécaniques et électriques uniques. Le Flux One que nous avons annoncé à l’automne dernier permet aux utilisateurs de bénéficier de l’orientation sur l’axe Z, qui offre une amélioration de 50 % de la résistance à la traction par rapport aux systèmes non alignés. »

Toutes ces imprimantes 3D peuvent désormais être prises en charge par Flux Developer, une plateforme logicielle qui permet aux utilisateurs de contrôler des variables telles que le temps et l’intensité d’exposition, le flux de matériau, la température et la viscosité de la résine, et même la mécanique de la plaque de construction, à mesure qu’ils développent et ajoutent de nouveaux matériaux à leur production.

Comme vous pouvez le constater, il se passe beaucoup de choses chez Fortify. L’entreprise a axé son développement sur un certain nombre de renforts matériels, qui ont été mis au point en collaboration avec des partenaires leaders dans le domaine des matériaux. Cependant, tout cela reste beaucoup de “paroles” si les applications ne suivent pas.

À cela, le CEO répond que l’application la plus récente de la société concernant les matériaux dans l’espace RF à faibles pertes est une annonce dans laquelle elle est en mesure de remplacer les matériaux conventionnels coûteux (à la fois en termes de coût et d’empreinte environnementale) pour les dispositifs RF et micro-ondes tout en offrant de nouveaux degrés de liberté que seule la FA peut réaliser.

« Nous avons quelques annonces de produits en cours dans l’espace thermique et électronique que nous sommes impatients de partager dans un avenir proche », ajoute-t-il. Grâce au tour de table de 20 millions de dollars que la société a récemment obtenu, l’équipe prévoit de continuer à redéfinir la fabrication avancée et, pour ce faire, elle se concentre sur la mise sur le marché.

Vous pouvez maintenant poster vos offres d’emploi sur 3D ADEPT Media. Pour des informations exclusives sur l’impression 3D, abonnez-vous à notre newsletter et suivez-nous sur les réseaux sociaux : FacebookTwitterLinkedIn & Instagram !Vous souhaitez-vous abonner à 3D ADEPT Mag ? Ou vous voulez figurer dans le prochain numéro de notre magazine numérique ? Envoyez-nous un email à contact@3dadept.com