Augmenter l’adhérence inter-couches des pièces imprimées en 3D pour renforcer leur résistance

Des chercheurs de l’université Texas A&M et des scientifiques de l’entreprise Essentium ont développé une méthode pour renforcer l’adhérence inter-couches d’une pièce plastique imprimée en 3D. En intégrant des nanotubes de carbone et la science du plasma directement dans le procédé de fabrication, ils seraient capables de corriger ce défaut d’impression et ainsi proposer des pièces mécaniquement plus résistantes. Concrètement, l’équipe aurait recouvert la surface de chaque couche avec des particules de carbone, chauffées par un courant électrique produit par un faisceau de particules d’air chargées, ou plasma, permettant alors de renforcer la liaison inter-couches et donc la pièce finale. 

La famille des polymères est très prisée par le marché de la fabrication additive : du PLA classique aux matériaux hautes performances comme le PEKK, les solutions ne manquent pas pour concevoir une pièce. Alors que certains plastiques sont plus faciles à imprimer que d’autres, il semblerait que certains défauts se retrouvent, quel que soit le matériau utilisé. On pense par exemple à l’adhérence inter-couche ou inter-paroi : la jonction entre les couches ne se fait pas, généralement à cause d’une température d’extrusion trop basse. Or, cela va diminuer la résistance finale de la pièce comparée à des procédés comme le moulage par injection. Il faudrait chauffer la pièce imprimée en 3D, mais comme l’explique Micah Green, professeur d’ingénierie chimique, “Si vous mettez quelque chose dans un four, il va tout chauffer, de sorte qu’une pièce imprimée en 3D peut se déformer et fondre, en perdant sa forme. Ce dont nous avions vraiment besoin, c’était de trouver un moyen de chauffer uniquement les jonctions entre les couches imprimées et non la pièce entière.” 

L’équipe s’est donc tournée vers les nanotubes de carbone : ces particules peuvent chauffer sous l’effet d’un courant électrique. Les chercheurs ont donc recouvert la pièces de ces particules de carbone pendant l’impression pour bien lier les couches entre elles. Il fallait ensuite appliquer un courant électrique pour activer les nanotubes. Les chercheurs expliquent qu’ils ont alors développé un faisceau de particules d’air chargées, ou plasma, capable de transporter une charge électrique à la surface de la pièce imprimée. Le courant pourrait ainsi passer à travers, chauffer les particules de carbone et lier très solidement les couches ensemble.

Plusieurs tests ont ensuite été réalisés : les chercheurs affirment que leur nouvelle méthode permet d’obtenir des pièces aussi résistantes que celles conçues par injection. Micah Green conclut : « Le Graal de l’impression 3D a été d’obtenir que la résistance de la pièce imprimée en 3D soit comparable à celle d’une pièce moulée. Dans cette étude, nous avons utilisé avec succès un chauffage localisé pour renforcer les pièces imprimées en 3D, de sorte que leurs propriétés mécaniques rivalisent désormais avec celles des pièces moulées. Grâce à notre technologie, les utilisateurs peuvent désormais imprimer une pièce personnalisée, comme une prothèse sur mesure, et cette pièce traitée thermiquement sera beaucoup plus résistante qu’auparavant. » Une méthode pleine de promesse qui pourrait avoir des impacts considérables sur le marché. Vous pouvez retrouver l’ensemble de la recherche ICI.

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