Les matériaux composites, constitués d’un renfort fibreux intégré dans une matrice en polymère, ont le vent en poupe dans l’aéronautique, l’automobile et le bâtiment. Associant une résistance mécanique proche de celle des aciers à une faible densité, ces matériaux hétérogènes sont cependant difficiles à élaborer. L’impression 3D de composites à fibres longues s’est développée depuis quelques années pour faciliter la fabrication des pièces. Le but : plutôt que de produire une pièce intégralement en composites (ce qui peut être très coûteux), la fabrication additive place le renfort – en fibres de verre ou de carbone – à des endroits ciblés. Cette technique vise à réduire fortement les coûts de fabrication et les chutes de production.
Double tête d’impression
La société suisse 9T Labs s’est lancée en 2018 sur ce marché, avec une machine possédant une double tête d’impression : d’un côté une extrudeuse classique permettant de déposer un fil thermoplastique, de l’autre une tête de placement de fibres de type AFP (Automated fiber placement) qui applique un « tape », autrement dit un ruban de fibres de carbone pré-imprégnées. « Notre dispositif imprime des pièces en PEEK (un thermoplastique à hautes performances) de 35 x 27 x 25 cm3. Le tape est placé là où la pièce est mécaniquement la plus sollicitée », met en avant Yannick Willemin, le responsable de la commercialisation. Bien que touché par la crise sanitaire, qui a réduit les investissements dans l’aéronautique, l’un de ses secteurs clés, 9T Labs a trouvé un relais de croissance dans la santé.
De son côté, l’Institut Mines-Télécom (IMT) Nord Europe, à Lille, a développé un démonstrateur visant à produire des pièces composites de grandes dimensions. Baptisé Lascala (Large scale plastics and composites 3D printing), le procédé consiste en un bras robotisé au bout duquel est installé un effecteur de 80 kg associant deux extrudeuses. Celles-ci peuvent mettre en œuvre tous les types de thermoplastiques, dont des polymères chargés avec une fibre longue. « Lascala peut imprimer des pièces de cinq mètres de longueur », précise l’enseignant-chercheur Jérémie Soulestin. « Nous travaillons sur l’optimisation des trajectoires, mais également sur le comportement thermique de la matière. Les prochaines évolutions du procédé permettront d’ajouter ou de retirer localement de la chaleur pour garantir la qualité de l’impression et la performance des pièces. »
Famille de procédés Extrusion de matière
TRL 4-6
Forces Diminution des coûts de production, pièces de grande taille
Faiblesses Optimisation nécessaire des trajectoires d’impression et de la température de la pièce, forte dépendance à la simulation
