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Des cubes polymères imprimés en 3D résistants aux impacts de balles

Publié le 2 décembre 2019 par Mélanie R.
cubes en polymère

A l’Université de Rice à Houston, des chercheurs ont créé des cubes imprimés en 3D à partir de polymère, capables de résister à des balles. Leur secret résiderait dans la conception même de ces cubes, composés de différentes structures lattices qui les rendraient beaucoup plus résistants. C’est cette structure qui permettrait au cube de faire face à l’impact d’une balle envoyée à 5,8 km par seconde et d’être aussi solide qu’un diamant. Une application qui démontre à nouveau l’importance du design dans la fabrication additive : les étapes de conception ont un impact significatif sur la pièce imprimée en 3D, en termes de poids, de solidité, etc. 

Les chercheurs se sont inspirés des formes tubulaires (tubulane en anglais) prédites par le chimiste Ray Baughman de l’Université du Texas à Dallas et le physicien Douglas Galvão pour imprimer leurs cubes. Ce sont des structures microscopiques théoriques complexes, composées de nanotubes de carbone réticulés qui offriraient une très grande résistance. Le développement de la fabrication additive aura permis de recréer ces formes : les scientifiques américains sont en effet repartis d’un modèle tubulaire qu’ils ont agrandi et retravaillé sur un logiciel dédié puis imprimé en 3D à partir de polymère. 

cubes en polymère

Les chercheurs se sont inspirés des formes tubulaires

Différents tests ont été menés, l’objectif étant de comprendre si les formes tubulaires avaient un quelconque impact sur la solidité d’une pièce. Les chercheurs expliquent qu’ils ont d’abord créé un cube en polymère classique : celui-ci n’a pas résisté à l’impact de la balle et a été très endommagé. Ils ont alors imprimé en 3D le cube en imitant la structure des nanotubes de carbone : selon l’équipe, celle-ci est 10 fois plus résistante. En tirant une balle à 5,8 km par seconde, elle a été arrêtée par la deuxième couche de polymère. Seyed Mohammad Sajadi, auteur principal de la recherche, ajoute :La balle était coincée dans la deuxième couche de la structure alors que dans le bloc solide, les fissures se sont propagées à travers toute la structure. Des essais dans une presse de laboratoire ont montré comment le réseau de polymère poreux permettait aux blocs de tubulane de s’effondrer sur eux-mêmes sans se fissurer.

L’équipe était partie du postulat qu’une structure poreuse réduit le pouvoir d’arrêt d’un objet mais en réalité, via les tests pratiques réalisés, elle s’est rendue compte que la structure lattice des cubes en polymère peut les faire se comprimer et s’affaisser pour absorber l’énergie cinétique d’un impact et ainsi maîtriser les dommages. Une application qui démontre comment des polymères moins coûteux pourraient être employés à la place du métal pour créer des pièces et composants durables. On pense à des secteurs comme l’aérospatial, le médical ou encore la défense. Vous pouvez retrouver plus d’informations sur le site de Rice University.

*Crédits photo : Jeff Fitlow / Rice University

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