Grâce à leurs propriétés, les matériaux composites utilisés dans la fabrication additive permettent de produire en série des pièces complexes et offrent de nouvelles perspectives aux industriels. Découvrons quels matériaux sont utilisés pour concevoir des pièces imprimées en 3D à partir de matériaux composites.
La définition des matériaux composites – un mélange d’au moins deux éléments – est très large et offre une variété de matériaux utilisés dans l’industrie depuis des décennies. Pendant longtemps, trois matériaux plastiques avec différentes propriétés ont été utilisés, en fonction des modèles d’imprimantes 3D développés : la résine, le polyamide et l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène).
Aujourd’hui, de plus en plus de plastiques sont mélangés avec des fibres pour obtenir des matériaux composites possédant, entre autres, des propriétés de résistance, si nécessaire sur certaines parties de la pièce à fabriquer.
Les fibres couramment utilisées pour développer ces matériaux composites sont les fibres de carbone, les plus populaires, ainsi que les fibres de verre ou de Kevlar. L’utilisation de fibres courtes, intégrées dans toute la pièce à fabriquer, est aujourd’hui la plus répandue. Principalement parce que ce type de matériau est compatible avec de nombreuses imprimantes 3D. L’utilisation de fibres longues présente des avantages : en effet, celles-ci sont placées sur la pièce pendant le processus d’impression, ce qui permet de les répartir de manière hétérogène pour renforcer certaines parties de la pièce, notamment celles qui sont les plus sensibles aux chocs.
L’utilisation courante de la fibre de carbone dans les composites plastiques est également due à son coût de fabrication relativement bas, ainsi qu’à ses propriétés de rigidité, de résistance à la traction et de résistance chimique.
La fibre de verre permet de fabriquer des matériaux composites moins rigides et moins cassants que les composites en fibre de carbone. Ils sont également moins chers. La fibre de verre est également un bon isolant électrique. Elle se caractérise par une faible conductivité thermique et possède des propriétés mécaniques. Il est de plus en plus utilisé dans de nombreux domaines, notamment celui de la construction.
Le Kevlar offre au matériau composite une résistance élevée aux vibrations et à l’abrasion. Il est cinq fois plus résistant que l’acier tout en étant plus léger. La fibre de Kevlar trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, en particulier dans celui de l’automobile.
Cet alliage entre plastiques et fibres permet de répondre à la faiblesse des thermoplastiques utilisés pour l’impression 3D jusqu’à présent, à savoir un faible point de fusion et une faible résistance.
Il est également possible d’obtenir des matériaux composites sans fibre en utilisant une matrice chargée de particules. Les matrices correspondantes peuvent être à base de métal ou de plastique, par exemple. Le béton est un matériau composite à base de granulats, similaires à des particules.
Les matrices plastiques utilisées pour fabriquer les matériaux composites voient leur résistance augmenter et leur poids diminuer grâce à ce procédé.
Le PLA, le PETG, le nylon, l’abdos ou le polycarbonate sont aujourd’hui les plus utilisés. Le PLA, en raison de sa compatibilité avec de nombreux modèles d’imprimantes 3D, est très apprécié des industriels.
Enfin, de nouveaux matériaux composites sont développés à base de particules ou de fibres peu ou pas utilisées avec des imprimantes 3D. Ces nouveaux composites permettent aux industriels, entre autres, de proposer des finitions esthétiques variées et une gamme de produits imprimés en 3D plus diversifiée et à plus haute valeur ajoutée.
La matrice plastique peut donc être chargée en fibres ou en particules de bois, par exemple, pour des aspects esthétiques. Il en va de même avec les charges de particules phosphorescentes qui confèrent à la pièce fabriquée un aspect lumineux dans l’obscurité.
On peut donc constater que la diversité des matériaux composites développés pour l’impression 3D permet aux industriels de disposer d’une gamme de matériaux, dont la solidité et la légèreté peuvent varier en fonction des matrices choisies et de la pièce à fabriquer.
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