La fibre de carbone imprimée en 3D est plus légère mais aussi solide que l’acier

Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont réussi à imprimer en 3D des composites de fibres de carbone de très haute qualité pour la première fois.

« C’est probablement le meilleur matériau » déclare Jim Lewicki, le chercheur en charge du projet, en parlant de la fibre de carbone. Celle-ci est en effet très légère alors même qu’elle est aussi solide que l’acier. Elle est rigide et peut résister à de hautes températures ce qui la rend très populaire dans des secteurs comme l’aéronautique, la défense et l’automobile mais aussi dans le domaine du sport pour le surf ou les courses de motos.

Traditionnellement, on fabrique les composites en fibre de carbone de deux façons : en enroulant les filaments autour d’un mandrin ou en tissant les fibres de carbone entre elles. Mais ces méthodes n’offrent pas beaucoup de marge de manœuvre en termes de formes puisque les pièces finales sont soit plates ou cylindriques.

Toutefois, en ayant recours à la fabrication additive, les chercheurs du LLNL ont réussi à obtenir des pièces complexes. Ils ont utilisé un procédé de Direct Ink Writing (DIW) qui dépose une substance liquide de fibres de carbone, à l’inverse de Markforged qui a recours à un filament dans ses imprimantes 3D Onyx. Les chercheurs ont développé une formule chimique brevetée qui durcit le matériau en quelques secondes au lieu de quelques heures. Ils ont eu recours aux compétences informatiques du laboratoire pour étudier très précisément le flux des filaments de carbone.

« Nous avons développé un code numérique qui nous permet de modéliser les orientations des fibres en 3D sous différentes conditions d’impression et voir comment elles évoluent, explique l’analyste Yuliya Kanarska. Nous avons pu trouver la longueur optimale de la fibre ainsi que sa performance idéale mais c’est encore un projet à améliorer. Nos recherches tendent à trouver un meilleur alignement des fibres en appliquant des forces magnétiques pour les stabiliser. »

L’impression 3D permet aux chercheurs de mieux contrôler l’alignement des fibres ce qui augmente la solidité de la pièce finale. Le matériau pourrait donc être utilisé pour fabriquer les ailes des avions ou des composants satellites, mais aussi dans le secteur de la défense ou des transports. En plus, les scientifiques utilisent beaucoup moins de carbone que d’habitude grâce à cette méthode et obtiennent une pièce finie ayant les mêmes propriétés ce qui permettrait de faire des économies considérables.

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