Lorsqu’on parle de fabrication additive pour la fabrication de composites, nous ne nous attendions pas à ce que cette combinaison fonctionne et conduise au développement de certaines applications de niche pourtant intéressantes pour l’industrie. Dans son dernier rapport, SmarTech Analysis a annoncé que ce segment de marché dépasserait les 9 milliards de dollars en 2028. Qu’est-ce qui explique la multitude de nouvelles opportunités pour l’industrie des composites ? Plus important encore, qu’est-ce qui motive ce segment de marché ?
L’impression 3D composite est un sujet clé qui a été abordé dans le numéro de septembre-octobre de 3D ADEPT Mag. Aujourd’hui, nous aimerions partager la série de questions auxquelles Kim Ly, scientifique en chef à la SABIC, a répondu dans le cadre de ce dossier.
Sous quelle forme trouve-t-on les matériaux composites pour la FA (liquide, poudre ou filament) ?
SABIC propose un portefeuille de granulés de polymères renforcés de verre et de carbone utilisés dans la fabrication additive grand format (LFAM – Large Format Additive Manufacturing), également connue sous le nom de fabrication de granulés fondus ou de fabrication additive par extrusion de granulés (FA). Les technologies LFAM sont généralement associées à des enveloppes imprimées d’un mètre cube et plus et à des taux d’alimentation en granulés allant de 5 à 250 kg/h. Nos principaux polymères de base comprennent l’ABS (Acrylonitrile-Butadiène-Styrène), le PC (polycarbonate à usage général et à haute température), le PPE (NORYL™ résine de polyphénylène éther), et le PEI (ULTEM™ résine de polyétherimide), ainsi qu’un nouveau composé basé sur notre PC FST pour des performances accrues en matière de faible flamme, de fumée et de toxicité.
La base d’application des technologies LFAM prolifère tant dans l’outillage que dans la fabrication directe de pièces finies. La catégorie de l’outillage englobe les gabarits, les montages et les auxiliaires de fabrication à usage général, les moules spécialisés (tels que les modèles de fonderie et les formes architecturales pour le coulage de béton préfabriqué) ainsi que l’outillage conçu pour être utilisé à des températures élevées (par exemple, les outils de stratification composites autoclavables). Les composants imprimés d‘Olli, le véhicule électrique automoteur de Local Motors, sont parmi les exemples les plus connus de la LFAM appliqués à la fabrication directe. L’impression de composants architecturaux décoratifs et structurels avec ces matériaux composites connaît également une croissance rapide.
Quelle est la différence entre les fibres continues et les fibres coupées ?
Les imprimantes construites pour les LFAM utilisent des composés à base de fibres coupées pour tirer parti des propriétés de résistance, ainsi que de la grande disponibilité et du coût inférieur des granulés par rapport aux filaments. L’utilisation de fibres coupées permet un renforcement réparti dans toute la matrice de l’impression. Les imprimantes qui incorporent des fibres continues dans une matrice de polymère fondu ont été introduites plus récemment et offrent des capacités fonctionnelles supplémentaires ; cependant, l’utilisation de fibres continues peut présenter certaines limites en termes de conception et d’incorporation complète dans la matrice, en particulier dans les systèmes de FA à portique.
La fibre de carbone reste le matériau le plus utilisé dans l’impression 3D composite. Pourquoi ?
Pour les principales applications utilisées à ce jour dans la FA, la fibre de carbone et la fibre de verre sont de loin les plus utilisées. Alors que les composés renforcés par la fibre de carbone sont plus chers que les composés en fibre de verre, la fibre de carbone offre une résistance et un module plus élevés, une meilleure conductivité thermique et un coefficient de dilatation thermique plus faible, tous très importants pour les applications d’outillage. Les composés en fibre de carbone sont également moins sujets au gauchissement, ce qui constitue un avantage important pour une fabrication robuste.
Quels autres matériaux d’impression 3D conviennent à l’impression 3D composite ?
Jusqu’à présent, la LFAM s’est surtout concentrée sur les composés de carbone et de fibre de verre. Cependant, le portefeuille de produits complet de SABIC propose plus de 10 systèmes de remplissage différents dans 25 polymères pour fournir des solutions potentielles pour des applications ayant des exigences de performance telles que l’usure et la friction, la gestion thermique, le blindage et la conductivité électrique. Nous travaillons avec nos clients pour examiner leurs besoins spécifiques en matière d’applications et leur proposer des options de matériaux pour l’impression. Jusqu’à présent, les polymères amorphes tels que l’ABS, le PC et le PEI ont été les plus utilisés dans les imprimantes LFAM car ils sont plus facilement transformés sur une plus large gamme de paramètres de fonctionnement ; cependant, il existe un intérêt croissant pour le développement de composés basés sur des polymères semi-cristallins tels que le PP, le PBT, le PEEK et le nylon.
En tant que producteur de matériaux, pensez-vous que le besoin d’imprimantes 3D ouvertes est également prédominant pour favoriser l’adoption de l’impression 3D composite ?
Oui. Heureusement, par définition, la LFAM est un format ouvert. La plupart, sinon tous les types de machine permettent de stocker des fichiers de configuration pour des composés individuels afin de faciliter le démarrage d’une impression. Cependant, il est également nécessaire de développer des connaissances appropriées sur le traitement des polymères.
Y a-t-il autre chose que vous aimeriez partager ?
La technologie LFAM a moins de 10 ans et l’introduction de nouveaux équipements s’accélère. Cette croissance s’accompagne d’un certain nombre de caractéristiques de l’équipement visant à améliorer la robustesse de l’impression et l’économie du processus. Des bureaux de service apparaissent pour combler les lacunes et permettent aux adoptants potentiels de valider la technologie avant de faire un investissement en capital dans la capacité d’impression. La proposition de valeur dans la création de grandes pièces et d’outils en quelques jours plutôt qu’en quelques mois comprend la rapidité de mise sur le marché, la réduction des coûts de développement et, souvent, l’augmentation des revenus grâce à des ventes plus rapides.
Du point de vue du fournisseur de matériaux, l’amélioration de la qualité et de la cohérence des matériaux reste un objectif prioritaire. Comme les impressions peuvent s’étaler sur plusieurs heures, voire plusieurs jours, les erreurs qui peuvent se produire à un stade avancé du cycle d’impression peuvent entraîner un gaspillage de matériaux et mettent en évidence la nécessité de réduire au minimum la fluctuation du processus. Les notes pour le traitement des technologies LFAM permettent d’aborder l’optimisation des processus et contribuent à l’adoption croissante de cette technologie et aux succès des applications connexes.
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