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Fibre de carbone vs fibre de verre : laquelle choisir en impression 3D ?

Fibre de carbone vs fibre de verre : laquelle choisir en impression 3D ?

Les matériaux 3D offrent de plus en plus de meilleures résistances mécaniques. Pour cela, leur composition se voit mélangée à des fibres ou des particules.

Dans ces matériaux dit composites on retrouve la fibre de verre (GF) ou fibre de carbone (CF). Elles se différencient sur quelques points. Découvrons dans cet article laquelle des deux sera plus adaptée pour vos besoins.

Des impressions plus résistantes avec les matériaux composites

Le secteur des matériaux composites se développe et s’améliore de plus en plus au fil des années. Le renfort de fibres devient une méthode indéniable pour améliorer les propriétés finales des impressions 3D à des coûts abordables.

Comment sont conçus les matériaux composites ?

Pour créer les matériaux composites, le processus consiste à les broyer et les ajouter dans la matrice de polymère fondue.

Plus la fibre est longue, plus la résistance sera améliorée, cependant la longueur des fibres dépend du type de matériau de base utilisé. En effet, en fonction du polymère de base, des fibres longues ou courtes seront plus adaptées. Par exemple, avec le Nylon, des fibres longues seront utilisées là où les fibres courtes seront plus adaptées avec de l’ABS.

Processus de création de filament chez Kimya

Par ailleurs, il est souvent recommandé d’utiliser des matrices ayant une forte liaison inter-couches comme le polypropylène (PP). Cet avantage permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques finales de vos impressions 3D.

Fibre de carbone vs fibre de verre : les principales différences

Ces deux types de matériaux améliorent les propriétés mécaniques des composites de manière similaire. Cela rend souvent difficile le choix entre les deux. Néanmoins, ces deux types de fibres ont tout de même des différences.

Fibre de verre : une fibre abordable et durable

Une pièce imprimée en 3d avec cette option peut résister à la flexion mais reste tout de même rigide. Comparé au PLA, le renfort GF offre une rigidité supérieure.

exmeple de pièce imprimée en 3d

“La fibre de verre est plus abordable que le carbone. Elle est souvent suffisante dans de nombreuses applications.”

– Florian | Expert scanners et impression 3D

La fibre de verre est appréciée pour sa durabilité, sa flexibilité unique, et sa résistance thermique et chimique. Par exemple, le PA6-GF est matériau composite idéal pour la réalisation de prototypes fonctionnels, d’outillage, ou des pièces finales.

Fibre de carbone : résistance et légèreté combinées

La fibre de carbone se démarque en offrant une plus haute résistance aux hautes températures. Ce matériau peut en effet augmenter la température du matériau matrice (PLA standard est d’environ 40°C. PLA-CF environ 60°C). Elle est également beaucoup plus rigide. La fibre de carbone se distingue sur un deuxième point : elle est dotée d’un potentiel de conductivité électrique mais aussi d’ESD (dans certains cas).

Pince industrielle imprimée en 3D renfort en fibre de carbone

“Légère et robuste, la fibre CF est plus onéreuse mais extrêmement robuste .”

– Florian | Expert scanners et impression 3D

De plus, selon Markforged, elle est aussi rigide et plus légère que l’aluminium 6061 (selon l’orientation et la géométrie). Cependant, à la manière d’un bambou, une pièce imprimée avec ce renfort ne supporte pas la flexion et se casse très rapidement.

La fibre de carbone se démarque par : sa résistance, sa ténacité et sa légèreté. Elle est souvent utilisée dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de la défense. En effet, elle sera un allié pour la fabrication de pièces finies, de prototypes fonctionnels, d’outillage.

Quelques conseils avant de vous décider

Tableau comparatif : fibre de carbone vs fibre de verre

Fibre de carboneFibre de verre
RésistanceExceptionnellement élevéeTrès élevée, mais inférieure à celle du carbone
LégèretéIncomparable, idéale pour applications exigeant une faible massePlus lourde que la fibre de carbone, mais toujours légère
TénacitéRemarquable, résiste bien aux impactsBonne, avec une certaine flexibilité
FlexibilitéRigide, ne supporte pas bien la flexionPlus flexible, similaire au bois de canne à pêche
Résistance ThermiqueExcellente, supporte des températures élevéesBonne, mais inférieure à celle du carbone
ConductivitéConductrice, potentiel ESDNon conductrice
CoûtPlus élevéPlus abordable
Résistance ChimiqueBonne, varie selon la matrice utiliséeExcellente, particulièrement avec le PA6-GF

Conseils d’utilisation des matériaux abrasifs

Les matériaux abrasifs comme le PA6-CF sont une excellente solution pour des pièces 3D plus résistantes tout en étant légères et rigides. Le premier inconvénient est l’effet abrasif généré par les matériaux composites.

En effet, il sera important de vérifier le système d’extrusions votre imprimante 3D. Ces matériaux auront tendance à accélérer le vieillissement de vos composants. Suivez simplement nos conseils pour imprimer des matériaux abrasifs.

D’autre part, le prix de la matière première étant plus élevé, le coût des pièces imprimée sera plus important. Enfin, sachez également que pour le post-traitement, les matériaux composites peuvent générer des poussières fines irritantes venant des fibres.

Les autres fibres présentes sur le marché

La fibre d’aramide (ou de kevlar®) présente dans l’ABS kevlar possède des caractéristiques mécaniques intéressantes. Cette fibre allège les pièces imprimées et apporte une bonne résistance aux hautes températures, aux impacts et à la fatigue. De plus, la fibre d’aramide possède un effet abrasif moins important que les composites avec de la fibre de carbone.

Il existe également la fibre de lin, un bio composite doté d’excellentes propriétés mécaniques. Souvent mélangée à du PLA comme avec le PLA fibre de lin il permet de faciliter l’impression de ce polymère. Cette fibre permet principalement d’obtenir des pièces plus légères que de l’ABS avec une densité plus faible.

D’autres matériaux comme le PC-PTFE sont chargés en Téflon. Filament dédié aux usages mécaniques, hydrophobe, résistant aux frottements et jusqu’à 130°C.

Enfin, certaines fibres ne s’utilisent que pour obtenir un aspect visuel comme les fibres de bois ou de pierre. Elles n’apportent pas de propriétés mécaniques supplémentaires et sont très proches d’un matériau spécifique (granite, béton, brique, argile, marbre…).

Les fibres de verre et de carbone offrent donc des améliorations des propriétés mécaniques intéressantes. Elles sont notamment très utiles pour des utilisations professionnelles et industrielles. Cependant, cela reste nécessaire de suivre les recommandations et conseils d’impression pour éviter toute usure ou difficultés causées par l’abrasion. N’hésitez pas à nous contacter pour échanger sur vos projets 3D !

Lisa

Lisa est rédactrice web chez Makershop et s'occupe notamment de rédiger des articles d'actualités, d'événements et de nouveautés concernant le marché de l'impression 3D.

Commentaires

  1. TROCCHIA Jacky

    Bonjour,
    Je souhaiterais utiliser une plaque fibre de carbone, ou de fibre de verre pour protéger le dessus
    du socle d’un support de perceuse. Le socle est en fonte d’aluminium recouvert de peinture.
    D’après vous, lequel de ces deux composites résistera le mieux a l’abrasion et aux rayures?
    Merci d’avance, sincères salutations, Trocchia Jacky

  2. Baya Ait Aissa

    Bonjour,
    Ces plaques étant en matériaux composites, une abrasion de ces matières aura pour effet de révéler les fibres et d’altérer la plaque dans le temps. Une plaque en Polyethylène pour en Polyuréthane aurait une meilleure résistance. Si vous utilisez déjà l’impression 3D, je peux vous recommander de fabriquer cette plaque en TPU (Thermoplastique PolyUréthane). N’hésitez pas à contacter nos experts au 02 55 48 30 30 pour plus d’information sur cette matière.
    Bonne journée à vous !

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