La définition des matériaux composites – un mélange d’au moins deux éléments – est très large et offre toute une panoplie de matériaux à usage industriel, développés depuis des dizaines d’années. Longtemps, trois matériaux plastiques aux propriétés différentes ont été utilisés, en fonction des modèles d’imprimantes 3D développées : La résine, le polyamide et l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène).
Aujourd’hui, de plus en plus, des matières plastiques sont mélangées à des fibres, afin d’obtenir des matériaux composites possédant, entre autres, des propriétés de résistance, si besoin localisées sur certaines parties de la pièce à fabriquer.
Les fibres aujourd’hui utilisées pour mettre au point ces matériaux composites sont les fibres de carbone, les plus populaires, et les fibres de verre ou de Kevlar. L’utilisation de fibres courtes, s’intégrant dans l’ensemble de la pièce à fabriquer, est aujourd’hui la plus répandue. Principalement parce que ce type de matériau est compatible avec de nombreuses imprimantes 3D. L’usage des fibres longues a son avantage : en effet, ces dernières sont placées sur la pièce pendant le processus d’impression, et il est donc possible de les répartir de manière hétérogène, pour renforcer en particulier certaines parties de la pièce. Les plus sensibles aux chocs.
L’usage massif de la fibre de carbone pour les plastiques composites résulte aussi de son coût de fabrication relativement faible, et de ses propriétés de rigidité, de résistance à la traction et de résistance chimique.
La fibre de verre permet de fabriquer des matériaux composites à la fois moins rigides et moins cassants que les composites en fibre de carbone. Ils sont également moins chers. La fibre de verre est également un bon isolant électrique. Elle se caractérise par une faible conductivité thermique, et possède des propriétés mécaniques. Il est de plus en plus répandu, dans de nombreux domaines, celui de la construction en tête.
Le kevlar va de son côté offrir au matériau composite une forte résistance aux vibrations et à l’abrasion. Il est cinq fois plus résistant que l’acier tout en étant plus léger. La fibre de kevlar va trouver des applications dans de nombreux domaines industriels, en tout premier lieu de celui de l’automobile.
Cet alliage entre plastiques et fibres permet d’apporter une réponse à ce qui était jusqu’alors le point faible des thermoplastiques utilisés pour l’impression 3D, à savoir un point de fusion bas et une faible résistance.
Il est également possible d’obtenir des matériaux composites sans fibre, en utilisant une matrice chargée de particules. Les matrices correspondantes peuvent alors être à base de métal ou de plastique, par exemple. Le béton est un matériau composite à base de granulats, assimilables à des particules.
Les matrices plastiques utilisées pour fabriquer les matériaux composites voient par ce procédé leur résistance s’améliorer et leur poids diminuer.
Le PLA, le PETG, le nylon, l’ABS ou bien le polycarbonate sont aujourd’hui utilisés en majorité. Le PLA, de par sa compatibilité avec un grand nombre de gammes d’imprimantes 3D, est très utilisé par les industriels.
Enfin, des matériaux composites innovants sont développés, à base de particules ou de fibres jusqu’alors peu ou pas utilisées avec des imprimantes 3D. Ces nouveaux composites permettent aux industriels, notamment, de proposer des finitions esthétiques variées, et des gammes de produits imprimés en 3D plus diversifiés et à plus haute valeur ajoutée.
La matrice plastique peut ainsi être chargée en fibres ou particules de bois, par exemple, pour l’aspect esthétique. Il en va de même avec les charges de particules phosphorescentes, qui donnent à la pièce fabriquée un aspect lumineux dans le noir.
On le voit, la diversité des matériaux composites développés pour l’impression 3D permet aux industriels de disposer de toute une gamme de matériaux, dont la solidité et la légèreté peut varier, selon les matrices choisies, en fonction de la pièce à fabriquer.
Cet article se trouve dans le dossier :
Matériaux : comment penser l'innovation ?
- Écoutez notre podcast Cogitons Sciences : Guide pour bien choisir ses matériaux [Matériaux, histoire d’une vie #2]
- Quand la recherche fait appel à l’IA pour élaborer de nouveaux matériaux
- Ecoutez notre podcast Cogitons Sciences : Matériaux, durée de vie et fatigue [Matériaux, histoire d’une vie #3]
- Quels matériaux pour les batteries du futur ?
- Écoutez notre podcast Cogitons Sciences : Une industrie accro aux minerais de conflit [Matériaux, histoire d'une vie #1]
- Quels matériaux composent nos smartphones ?
- Le tantale, un élément exceptionnel mais controversé
- Quels matériaux pour l'impression composite 3D ?
- « Valoriser la liberté de conception offerte par la fabrication additive »
- « La fabrication additive sert sur plusieurs étapes des projets »
- « Différents secteurs industriels se mettent petit à petit à la fabrication additive »
- Un hydrogel photosensible imprimable en 3D à l'étude
- Reformer les récifs coralliens en utilisant l’impression 3D
- La production industrielle d'hydrogène vert a besoin de nouveaux matériaux
- Un nouveau matériau pour la production d'hydrogène vert à grande échelle
- Quels matériaux pour un stockage de l'hydrogène plus performant et accessible ?
- « Il faut adapter les matériaux pour des usages à température ambiante » pour stocker l'hydrogène
- Le béton : un matériau technologique faisant l'objet d'une intense R&D
- Trois alternatives durables au béton
- Le végétal dans la construction en forte augmentation ces dernières années
- Ciment sans clinker : la solution d’avenir ?
- XtreeE développe l’impression 3D béton renforcée par des fibres longues
- Produire en France une fibre de carbone économique et biosourcée
- Des composés à base de nitrure de carbone pouvant rivaliser avec les diamants
- Créer des matériaux de la transition à partir de liqueurs noires
- Réduire les coûts d'utilisation des matériaux composites dans le secteur naval
- De nombreuses solutions offertes aux industriels pour remplacer les phtalates
Dans l'actualité
- Un nouveau matériau composite thermoplastique pour renforcer les bétons
- Vers un recyclage plus vertueux des fibres de carbone de matériaux composites
- Récupérer les fibres de carbone des matériaux composites grâce aux puissances pulsées
- Recycler les fibres de carbone des matériaux composites
- Une nouvelle approche de fabrication du fuselage des avions en thermoplastique
- Norimat : des pièces fabriquées en 3D grâce au procédé de frittage SPS
- « Différents secteurs industriels se mettent petit à petit à la fabrication additive »
- « La fabrication additive sert sur plusieurs étapes des projets »
- « Valoriser la liberté de conception offerte par la fabrication additive »
- La start-up Bysco valorise le byssus de moule en matières textiles
- Les thèses du mois : « Les matériaux composites boostent la fabrication additive »
- Caractériser finement les microstructures des matériaux grâce à l’EBSD
- Trois solutions alternatives pour remplacer le procédé de chromage dur
- Retrouvez-nous au salon JEC World 2024 ! Le plus grand salon international des composites
- L’avenir des composites fibres de carbone : recyclables, réparables et thermoformables
- De nouvelles fonctionnalités ajoutées à un composite recyclable pour stocker l’hydrogène
- Vers des revêtements anti-reflet inspirés des cicadelles ?
- La première maison entièrement construite en matériaux composites