Les fibres de cellulose désormais utilisées comme matériau de renforcement ?

L’institut allemand de recherche sur les textiles et les fibres (DITF) a récemment démarré un projet de recherche pour développer une méthode d’impression 3D composite innovante. Il s’agit en effet de produire des composants renforcés en fibres biosourcées et durables comme de la fibre de cellulose. Ainsi, l’équipe dédiée à ce projet, en collaboration avec le fabricant Arburg, a imaginé une tête capable d’extruder des fibres continues de cellulose intégrées dans une matrice elle-même à base de cellulose. Financé par le ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche, ce projet permettrait de s’appuyer sur un matériau aujourd’hui très abondant et de pouvoir concevoir des pièces plus durables, tirant pleinement profit des avantages de l’impression 3D composite. 

Le projet de recherche allemand est encore une belle illustration de la façon dont nous pouvons nous inspirer de la nature et comment nous pouvons appliquer son comportement à l’impression 3D. Dans notre cas, il s’agit de fabrication additive composite. Sans forcément le savoir, nous sommes entourés de tissus composites : le bois, les plantes, la soie d’araignée ou encore la peau. Ces fibres naturelles offrent des propriétés très intéressantes que ce soit en termes de résistance ou encore de légèreté. Alors pourquoi ne pas les utiliser en impression 3D ?

Des fibres de cellulose fabriquées par pultrusion

Le principal défi réside dans la gestion de la température. Les fibres naturelles – comme celles de cellulose – sont en effet très sensibles aux températures élevées, ce qui exclut la possibilité de travailler avec une matrice plastique type PLA ou ABS puisque le thermoplastique doit être suffisamment chauffé pour être déposé couche par couche. L’équipe devait donc à la fois penser à une nouvelle matrice, mais également à un procédé d’impression qui respecte ces contraintes de température.

Elle a donc imaginé une solution matricielle à base de cellulose. On peut lire dans le communiqué de presse officiel l’explication suivante : “Le brin de fibre de cellulose est d’abord stabilisé avec un liant pour être traité dans l’imprimante. La tête d’impression spécialement conçue transforme le liant en une matrice avec laquelle les fibres continues de cellulose sont enrobées. Comme les fibres de cellulose et la matrice ont des structures chimiques similaires, le composant composite est particulièrement stable.” Grâce à une solution d’optimisation topologique, l’équipe a également pu décider de l’endroit où déposer précisément les fibres continues c’est-à-dire dans la direction adéquate par rapport à la charge appliquée sur la pièce en question. 

Le procédé d’impression 3D développé

Les propriétés mécaniques, telles que la résistance à la rupture, sont exceptionnellement bonnes. La méthode de fabrication en solution et économe en énergie mise au point par l’équipe de recherche peut également être utilisée dans d’autres procédés de fabrication de matériaux composites. Elle est particulièrement adaptée au traitement de matériaux sensibles à la température qui sont très demandés, comme les fibres naturelles ou de cellulose.

Si on se penche sur les résultats obtenus, il semblerait que les pièces présentent une très bonne résistance à la rupture. Cette méthode d’impression 3D composite pourrait être particulièrement intéressante pour travailler avec des matériaux plus sensibles à la température et ne se limiterait pas aux fibres naturelles. Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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*Crédits de toutes les photos : DITF