Poudre SLS renforcée de fibres de carbone : poudre Formlabs Nylon 11 CF pour des pièces légères & solides

Pour la première fois, Formlabs lance une poudre SLS renforcée de fibres de carbone, la poudre Formlabs Nylon 11 CF pour l’imprimante 3D SLS Formlabs Fuse 1+ 30W. Elle vous permet de produire des pièces solides, légères et résistantes à la chaleur. Vous pouvez ainsi vous passer des méthodes traditionnelles de superposition ou d’usinage.

Grâce à ses caractéristiques - haute résistance à la chaleur et grande rigidité - le nylon 11 CF Powder est idéal pour :

• Boîtiers, dispositifs et supports pour l’aérospatiale
• Prototypage automobile, dispositifs de test
• Boîtiers pour véhicules électriques à batterie
• Fabrication de pièces de rechange

Les pièces renforcées de fibres de carbone sont déjà largement utilisées, mais pas encore pour l’impression 3D. La résistance à la chaleur, la rigidité, la solidité et la légèreté sont les principales exigences de l’industrie de haute performance. Grâce à la Fuse 1+ 30W de Formlabs, il est désormais possible de produire ces pièces facilement, à un prix abordable et avec une qualité optimale.

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Que sont les fibres de carbone ?

Les fibres de carbone sont produites par un processus industriel. En chauffant à très haute température, les composants secondaires de matières premières telles que le polyacrylonitrile ou les sous-produits du bois sont « brûlés ». Il en résulte des fibres composées de structures carbonées presque entièrement cristallines : Entrelacées, elles forment les fibres de carbone. Ces fibres de carbone peuvent être tissées en tissu. En les ajoutant à de la résine, on peut obtenir des plaques malléables. On peut également transformer les fibres en poudre, qui est ensuite frittée ou liée à l’aide d’une imprimante 3D.

Les propriétés mécaniques des matériaux composites tels que les plastiques renforcés de fibres de carbone dépassent parfois celles des pièces fabriquées de manière traditionnelle en acier, en bois ou en aluminium. Bien que les fibres de carbone augmentent la résistance du matériau de base, elles n’en augmentent pas le poids. C’est pourquoi ces matériaux composites sont très légers malgré la résistance accrue du matériau de base. C’est pourquoi ils sont souvent utilisés dans les canalisations automobiles, les collecteurs, les flux d’air des moteurs, les boîtiers aérospatiaux, les équipements sportifs de haute performance et la construction navale. Même dans les secteurs émergents et durables, comme la construction d’éoliennes ou de véhicules électriques, la résistance et la légèreté des pièces en fibre de carbone sont appréciées pour leur efficacité.

La fabrication de pièces renforcées de fibres de carbone par des méthodes traditionnelles

Les méthodes les plus courantes de fabrication de pièces en fibre de carbone sont la stratification humide, la stratification préimprégnée et le moulage par transfert de résine (RTM). Ces méthodes traditionnelles nécessitent toutes un moule et peuvent demander beaucoup de travail.

Aujourd’hui, il est possible de fabriquer des moules à moindre coût grâce à l’impression 3D. Cela a permis aux PME de produire des pièces finales en fibre de carbone à un coût bien inférieur à celui des méthodes conventionnelles. Cependant, il existe également des limitations à l’utilisation de moules imprimés en 3D : les grandes séries de production, les pièces avec des canaux internes ou de petites caractéristiques négatives et positives, ou les volumes de production élevés sont difficiles à produire et prennent beaucoup de temps.

Impression 3D directe de pièces en nylon renforcées de fibres de carbone 11

La fabrication de pièces imprimées en 3D et renforcées par des fibres de carbone a été rendue possible grâce à l’amélioration des procédés de frittage et aux progrès de la science des matériaux au cours des dernières années. La technologie SLS permet de fabriquer des pièces en fibre de carbone en combinant des particules de fibre de carbone avec des matériaux SLS typiques tels que le nylon.

L’impression 3D directe de pièces renforcées de fibres de carbone ne remplacera pas complètement les méthodes traditionnelles de fabrication de pièces en fibres de carbone, mais elle les complétera. Les pièces imprimées en 3D en nylon 11 CF présentent principalement une résistance à la traction (UTS) légèrement inférieure. Cependant, elles présentent une résistance et une rigidité nettement supérieures à celles de leurs homologues en polymère non renforcé. L’imprimante Fuse 1+ 30W offre des avantages en termes de liberté géométrique pour l’impression 3D de pièces renforcées de fibres de carbone.   De plus, il offre une alternative rapide et peu coûteuse aux méthodes de production classiques, avec un faible encombrement et un flux de travail simple.

La fabrication additive par SLS élimine la plupart des contraintes géométriques des procédés de moulage traditionnels. En effet, la poudre non frittée dans la chambre de construction de l’imprimante SLS porte et soutient les composants. Ils n’ont donc pas besoin de structures de support. En raison du prix d’entrée élevé des technologies d’impression 3D capables de produire des pièces renforcées de fibres de carbone, leur utilisation est encore relativement limitée.

Cependant, grâce à la nouvelle imprimante SLS Fuse1+ 30W, il est désormais possible de produire des pièces en fibre de carbone renforcées de haute performance et de haute précision à un prix abordable. Par rapport à la plupart des solutions d’impression 3D industrielles, les utilisateurs de la Fuse1+ 30W peuvent produire des pièces en fibre de carbone pour une fraction du prix et du temps de travail. La poudre Nylon 11 CF a été développée exclusivement pour la Fuse1+ 30W pour une fiabilité et une cohérence optimales.

Adapté aux applications à haute performance

La poudre de Nylon 11 CF est idéale pour la production en interne de pièces de rechange métalliques. Étant donné que les pannes de machines ou d’équipements et l’attente de pièces de rechange représentent des pertes de chiffre d’affaires considérables, la production rapide et facile de telles pièces sur site avec le Nylon 11-CF est un énorme avantage. Bien que les pièces de rechange imprimées en 3D soient à portée de main depuis des années, de nombreuses entreprises ont attendu de trouver le bon matériau et ont renoncé à investir dans une solution appropriée. Le matériau rigide et léger en Nylon 11 CF de Formlabs pour la Fuse 1+ 30W résout ce problème et sert d’alternative au métal pour les pièces de rechange qui doivent résister à des températures élevées et à des chocs répétés.

Ci-dessous, vous trouverez la comparaison des 4 différentes poudres de nylon pour le Fuse 1 et le Fuse 1+ 30W :

Matériaux	Nylon 11 CF Powder* (poudre)	Nylon 12 GF Powder	Nylon 12 Powder	Nylon 11 Powder
Résistance ultime à la traction X (MPa)	69	38	50	49
Résistance ultime à la traction Y (MPa)	52	38	50	49
Résistance ultime à la traction Z (MPa)	38	38	50	49
Module de résistance X (MPa)	6500	2800	1850	1600
Élongation à la rupture, X (%)	9	4	11	40
Élongation à la rupture, Y (%)	15	4	11	40
Élongation à la rupture, Z (%)	5	3	6	N/A
Notched Izod (J/m)	74	36	32	71
Temp. de déflection de chaleur. @ 1.8 MPa (°C)	178	113	87	46
Temp. de déflection de chaleur. @ 0.45 MPa (°C)	188	170	171	182

*exclusivement pour la Fuse 1+ 30W - non compatible avec la Fuse 1

Ce nouveau matériau haute performance est également idéal pour la fabrication de montages et d’outils sur les lignes de production. En raison de sa grande rigidité, de sa grande résistance aux chocs et de sa légèreté, ainsi que de sa grande résistance à la chaleur, les pièces en Nylon 11 CF peuvent être utilisées comme outils pour la fabrication de pièces métalliques. En effet, elles peuvent tenir des pièces métalliques chaudes sans se déformer ou se briser.

Dans les applications aérospatiales, comme la fabrication de drones, la résistance à la chaleur et aux chocs de la poudre de nylon 11 CF est également appropriée : les drones alimentés par batterie ont besoin d’un boîtier résistant à la chaleur pour protéger les composants de la batterie chauffante ; les aéronefs alimentés au kérosène sont également exposés à la chaleur extrême des éléments du moteur à combustion.

Alignement des pressions pour une résistance maximale

Les fibres de carbone dans le Nylon 11 CF Powder assurent une résistance à la traction élevée dans les pièces. C’est pourquoi l’orientation des pièces joue un rôle crucial lors de l’impression.

Le recycleur de l’imprimante Fuse 1+ 30W a tendance à étaler les fibres de carbone le long de l’axe X. Cela permet d’obtenir une meilleure résistance à la traction. En conséquence, la résistance à la traction (UTS) des pièces augmente le plus dans la direction X - l’UTS est de 38 MPa dans l’axe Z et de 69 MPa dans l’axe X. Pour optimiser la résistance d’une pièce de compression, il convient de l’orienter de manière à ce que la charge prévue soit appliquée le long de l’axe X.

Validé conjointement pour une fiabilité maximale

Le Nyon 11 CF Powder a été validé conjointement avec le nouveau Fuse 1+ 30W afin de réduire le temps d’apprentissage avec le nouveau matériau. Bien qu’il s’agisse du premier matériau renforcé de fibres de carbone de Formlabs, les matériaux chargés précédents, tels que la résine Rigid 10K et le Nylon 12 GF Powder, ont permis de nouvelles applications dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale et de la fabrication.

La nouvelle imprimante Fuse1+ 30W offre l’option d’imprimer avec une alimentation en azote. Cela permet de produire des composants dans un environnement stable et inerte sans risque d’oxydation. La poudre non frittée autour des pièces conserve ainsi sa qualité, ce qui permet un meilleur taux de rafraîchissement et donc une production plus économique.

La poudre de Nylon 11 CF a un taux de rafraîchissement de 30% grâce à l’apport d’azote. Ainsi, chaque nouvelle chambre de construction ne nécessite que 30% de poudre neuve, ce qui signifie que 70% de la poudre nettoyée des impressions précédentes peut être réutilisée. Cela permet une impression entièrement sans déchets. Cela permet de réduire les coûts de matériel. D’autre part, cela contribue à rendre le lieu de travail et l’environnement plus propres et plus durables.

Le Nylon 11 CF Powder s’intègre facilement dans votre flux de travail. Le changement de matériau du Nylon 11 à la poudre Nylon 11 CF ne nécessite que deux à trois heures de nettoyage. C’est un temps de nettoyage beaucoup plus court par rapport au changement de matériau sur d’autres machines SLS traditionnelles. Cela vous permet de travailler plus efficacement au quotidien. En même temps, vous pouvez utiliser une unité de production pour différents matériaux.

Il est temps de faire entrer l’impression SLS-3D dans votre entreprise

De nombreux fabricants achètent actuellement des pièces SLS à des sous-traitants pour diverses applications - prototypage, pièces finales, pièces de rechange/réparation et aides à la fabrication. Pour qu’il soit financièrement intéressant pour les fabricants de produire en interne, le volume de pièces nécessaires doit être suffisamment important. En règle générale, il doit englober plusieurs des domaines d’application mentionnés.

Grâce à l’introduction de la poudre Nylon 11 CF de Formlabs, un large éventail de nouvelles applications est accessible dans la fabrication SLS. Les fabricants doivent pouvoir compter sur leurs pièces SLS lorsqu’elles sont soumises à des températures élevées, à des chocs continus et à des exigences de résistance élevées - et cette poudre leur permet de le faire. Associée à l’imprimante Fuse 1+ 30W, ce nouveau flux de travail est facile à intégrer, à gérer et à entretenir dans la production actuelle, et ce à un prix abordable.

REMARQUE : La poudre de Nylon 11 CF peut être irritante pour la peau et les muqueuses. Formlabs recommande l’utilisation d’équipements de protection individuelle (EPI). Consultez toujours la fiche de données de sécurité(Safety Data Sheet) et l’article de support comme principales sources d’information pour comprendre la sécurité et la manipulation des matériaux de Formlabs.