Des chercheurs étudient les avantages du PEEK renforcé en fibres de carbone avec Intamsys
Dans un récent rapport, des chercheurs chinois ont étudié l’intérêt des fibres de carbone (FC) lorsqu’elles sont combinées à des matériaux hautes performances tels que le PEEK, en utilisant la technologie d’impression 3D FDM. Décrivant leurs résultats dans un rapport intitulé « Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism« , les chercheurs montrent comment de tels composites peuvent influencer et bouleverser plusieurs industries.
Les thermoplastiques hautes températures comme le PEEK sont de plus en plus prisés dans les industries telles que l’aérospatial, l’automobile, le pétrole et le gaz et le médical en raison de leur solidité et de leur résistance élevée à la chaleur. Cependant, dans la fabrication additive, l’adhérence des couches est un problème courant et l’extrusion du PEEK n’est pas une exception. La fabrication additive n’utilise pas encore pleinement les propriétés du matériau, comparé à des méthodes de fabrication traditionnelles telles que le moulage par injection. Du coup, des chercheurs tentent aujourd’hui de le combiner avec d’autres matériaux afin d’améliorer ses performances et d’en tirer pleinement profit.
Des exemples de pièces imprimées en 3D à partir de PEEK (crédits photo : Intamsys)
Le carbone est un matériau très populaire dans l’impression 3D industrielle, permettant d’améliorer les propriétés mécaniques et la résistance des matériaux. Cependant, il souffre toujours d’une porosité accrue et d’une adhérence des couches. Par conséquent, l’idée imaginée par les chercheurs chinois Qiushi Li, Wei Zhao, Yongxiang Li, Weiwei Yang et Gong Wang est de combiner des fibres de carbone avec du PEEK et d’imprimer le produit final dans une orientation spécifique (de type orthogonale), tout en le comparant à la qualité des pièces fabriquées par moulage par injection.
Les pièces utilisées dans cette étude ont été imprimées avec une imprimante 3D Intamsys Funmat HT, une machine FDM compatible avec des polymères hautes performances tels que PEEK, PEKK, ULTEM, PPSU, etc., ainsi que des matériaux techniques comme le PC, PA, PA-CF, ABS, etc. TPU et plus. Les modèles 3D ont été conçus à l’aide de Catia V5 et importés via Intamsuite. Tous les échantillons ont été imprimés en utilisant les mêmes paramètres d’impression dans les orientations orthogonales horizontale et verticale. Le filament a également été transformé en granulés puis soumis aux conditions d’injection à des fins de comparaison.
Propriétés de flexion des échantillons PEEK FC-PEEK imprimés et moulés.
(a) Échantillon de flexion FC / PEEK avec sens d’impression orthogonal (horizontal et vertical), tous deux imprimés conformément à la norme ISO 178: 2010 (format: 80 × 10 × 4 mm3).
(b) Courbes typiques de contrainte sur tension des expériences de flexion. L’encart dans le coin inférieur droit montre la plage linéaire qui détermine le module de chaque échantillon plié.
(c) Les boîtes à moustaches de résistance à la flexion et
(d) le module de flexion des échantillons en flexion, qui indique la distribution des données expérimentales.
Les résultats finaux ont montré que les composites testés à la fois par impression 3D et par moulage par injection avaient «une résistance et une solidité élevées similaires». Plus précisément, les composites FC / PEEK imprimés ont présenté une valeur inférieure de 7,1% à celle du PEEK traditionnel. Parmi les autres conséquences apportés par l’ajout de fibres de carbone, le rapport souligne une augmentation de la porosité des pièces.
« Étonnamment, les composites PEEK et FC/ PEEK imprimés verticalement affichaient une valeur de 146 MPa, similaire à celle des échantillons moulés. Une telle valeur similaire entre les échantillons imprimés et les échantillons moulés est rare, mais très souhaitée, pour l’impression 3D , ont déclaré les auteurs. L’incorporation de la fibre de carbone a entraîné un module supérieur de 8,30% pour les échantillons moulés FC / PEEK par rapport aux échantillons PEEK. Une augmentation statistiquement significative du module a également été observée pour les échantillons imprimés verticalement. »
Les chercheurs concluent en expliquant comment l’ajout de fibres de carbone constitue une méthode efficace pour améliorer les propriétés mécaniques du PEEK et élargit les applications possibles de de ce matériau dans les domaines où le poids a une importance capitale.
Résultats de calorimétrie à balayage différentiel (CBD) de pièces PEEK et FD / PEEK imprimées.
(a) La position des échantillons d’essai CBD.
(b) Courbes de flux de chaleur des pièces FC / PEEK et PEEK.
(c) Altérité de la cristallinité de la coque et du noyau des pièces en PEEK imprimées.
(d) Résultats de cristallinité correspondants des pièces imprimées FC / PEEK.
Les résultats de cette étude montrent une fois de plus l’intérêt grandissant de l’impression 3D pour les matériaux hybrides et composites, et plus particulièrement sur les matériaux haute-performance. Retrouvez plus d’informations sur cette étude ICI.
*Crédits photo de couverture : Ensinger Plastics
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