Génie de Conception

Fabrication additive Nouvelles
Une percée remarquable en fabrication additive


3 mars 2017
Par GC Staff

Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), installé à Livermore, en Californie, sont devenus les premiers à réaliser par fabrication additive une pièce en de fibre de carbone de qualité destinée à l’industrie aérospatiale, ouvrant ainsi la voie à un meilleur contrôle et à une optimisation de ce matériau léger et plus résistant que l’acier. « Cela fait des années que l’on attend dans les coulisses ce résultat parce qu’il était jusqu’ici assez difficile de fabriquer des formes complexes en fibre de carbone, a déclaré Jim Lewicki, chercheur principal dans ce projet. Mais avec l’impression 3D, on pourrait fabriquer ce que l’on veut en fibre de carbone. »

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Les chercheurs LLNL ont réalisé plusieurs structures 3D complexes à travers un processus d'impression connu sous le nom de Direct Ink Writing (DIW) modifié. Jim Lewicki et son équipe ont également développé et breveté une nouvelle chimie qui peut durcir le matériel en quelques secondes, contre au plusieurs heures habituellement. L’équipe a utilisé les capacités de calcul de haute performance du laboratoire pour développer des modèles précis du flux de filaments de fibres de carbone. La modélisation informatique a été effectuée sur les supercalculateurs du LLNL par une équipe d'ingénieurs qui ont pu simuler des milliers de fibres de carbone à mesure qu'ils émergeaient de la buse d'encre pour trouver la meilleure façon de les aligner pendant le processus.
Le DIW modifié utilisé permet également d'imprimer des pièces avec toutes les fibres de carbone dans le même sens dans les microstructures, ce qui leur permet de surpasser les matériaux similaires créés avec d'autres méthodes faites avec alignement aléatoire. Grâce à ce processus, les chercheurs ont dit qu'ils sont capables d'utiliser deux tiers moins de fibres de carbone et d'obtenir les mêmes propriétés matérielles de la partie finie.
« Nous avons développé un code numérique pour simuler une résine polymère liquide non newtonienne avec une dispersion de fibres de carbone. Avec ce code, nous pouvons simuler l'évolution des orientations des fibres en 3D dans différentes conditions d'impression, a déclaré Yuliya Kanarska, analyste en fluide. Nous avons pu trouver la longueur de fibre optimale et les performances optimales, mais c'est encore un travail en cours. Les efforts continus visent à obtenir un meilleur alignement des fibres en appliquant des forces magnétiques pour les stabiliser. »
« Une grande percée pour cette technologie est le développement d'encres personnalisées en fibres de carbone avec des matrices thermodurcissables, a souligné Eric Duoss, spécialiste des matériaux et de la fabrication avancée. Par exemple, l'ester époxy et le cyanate sont soigneusement conçus pour notre procédé d'impression, tout en offrant des performances mécaniques et thermiques améliorées par rapport aux contreparties thermoplastiques qui se retrouvent dans certaines autres technologies d'impression 3D en fibres de carbone. Ce qui laisse entrevoir un large éventail d'applications dans l'aérospatiale, le transport et la défense.»

https://www.llnl.gov/


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