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.
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.
"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).
"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 carbone | Fibre de verre | |
|---|---|---|
| Résistance | Exceptionnellement élevée | Très élevée, mais inférieure à celle du carbone |
| Légèreté | Incomparable, idéale pour applications exigeant une faible masse | Plus lourde que la fibre de carbone, mais toujours légère |
| Ténacité | Remarquable, résiste bien aux impacts | Bonne, avec une certaine flexibilité |
| Flexibilité | Rigide, ne supporte pas bien la flexion | Plus flexible, similaire au bois de canne à pêche |
| Résistance Thermique | Excellente, supporte des températures élevées | Bonne, mais inférieure à celle du carbone |
| Conductivité | Conductrice, potentiel ESD | Non conductrice |
| Coût | Plus élevé | Plus abordable |
| Résistance Chimique | Bonne, varie selon la matrice utilisée | Excellente, 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 !