Comment planifier la trajectoire d’une tête d’imprimante 3D FDM utilisant des composites à fibres continues ?

Une récente étude s’est penchée sur un algorithme pour planifier la trajectoire de la tête d’une imprimante 3D FDM qui utilise des matériaux composites à fibres longues. L’objectif est de proposer un chemin qui empêche des points d’intersection sur une même couche et donc une rupture du faisceau de fibres contenues dans la matrice. Ainsi, un utilisateur pourrait mieux contrôler ses impressions composites et obtenir des pièces encore plus résistantes et durables. L’équipe à l’origine de ce projet s’est appuyé sur un graphe eulérien et l’algorithme de Hierholzer pour générer ce chemin d’impression en y intégrant différentes contraintes qui peuvent être adaptées. 

Les matériaux composites sont aujourd’hui prisés par les utilisateurs de la fabrication additive car ils offrent un ratio poids/résistance sans sacrifier la complexité géométrique. Le marché a d’ailleurs rapidement grandi avec davantage de fabricants proposant des solutions d’impression 3D à fibres continues. Pour rappel, les fibres continues sont déposées en même temps que la matrice, d’où la nécessité d’avoir une imprimante 3D spécifique. Les fibres courtes sont quant à elles mélangées avec le polymère de base, lui-même extrudé par la machine ensuite. Vous en doutez, chaque procédé aura des résultats différents mais également ses propres contraintes. Sur l’impression 3D de fibres continues, le dépôt des fibres engendre une plus grande complexité que soit en termes de trajectoire de la buse ou de slicing. Si trop de matière est déposée sur une même couche, notamment au niveau des points d’intersections, cela peut rompre le faisceau de fibres. Il faudrait donc limiter les fibres là où il y a intersection.

C’est sur ce point que l‘équipe de chercheurs a travaillé. L’idée est de générer un chemin en une seule traite, donc en continu, qui ne viendrait pas couper le filament pour chaque couche et donc créer ces fameux points d’intersections. Ce modèle d’impression a donné naissance à un graphe eulérien : en s’appuyant sur l’algorithme de Hierholzer, l’équipe a pu déterminer un chemin d’impression optimal pour la tête d’imprimante 3D FDM. Chaque étape de l’algorithme correspond à un chemin à une seule course. Elle a ensuite imprimé des structures en nid d’abeille et observé les résultats grâce à un scanner à rayons X, le ScanXmate-L080TT. 

Pour l’instant, quelques petites lacunes ont été constatées sur la partie courbée des sommets. L’équipe est donc en train d’ajuster les paramètres de l’algorithme pour minimiser ces défauts, notamment en termes d’alignement des fibres ou encore de reproductibilité d’une forme. Elle explique toutefois que cette trajectoire calculée a été pensée pour des géométries complexes, avec des structures lattices. On imagine bien comment elle pourrait être combinée avec des principes de conception comme l’optimisation topologique. Si vous souhaitez aller plus loin, n’hésitez pas à consulter l’étude publiée ICI.

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*Crédits photo de couverture : Markforged