Filaments renforcés de fibre de carbone

Les matériaux renforcés par fibres de carbone sont remplis de fibres continues ou de particules de fibres, ce qui donne des pièces aux propriétés physiques améliorées et à grande rigidité. Il existe une variété d'options renforcées par fibres de carbone pour l'impression 3D, mais elles nécessitent toutes des réglages d'impression radicalement différents.

Les filaments renforcés de fibres de carbone combinent les avantages des thermoplastiques avec la résistance et la rigidité des fibres de carbone, créant des matériaux optimisés pour des applications de qualité ingénierie. Ces composites sont idéaux pour des pièces légères et durables nécessitant des propriétés mécaniques améliorées et une stabilité dimensionnelle.

Que sont les filaments renforcés de fibres de carbone ?

Les filaments en fibres de carbone infusent de courtes fibres de carbone dans un thermoplastique de base (par ex. PLA, PETG, Nylon, ABS ou PC). Les fibres augmentent la rigidité, réduisent le gauchissement et améliorent la résistance à la chaleur tout en conservant l'imprimabilité du matériau de base.

Principaux avantages

• Rigidité accrue: Les fibres améliorent la rigidité, réduisant la flexion des composants structurels.

• Stabilité dimensionnelle: Minimiser le retrait et le gauchissement lors du refroidissement.

• Légèreté: Densité inférieure à celle des métaux, idéal pour les industries sensibles au poids.

• Meilleure résistance à la chaleur: Températures de déflexion thermique plus élevées que les matériaux de base.

Options courantes renforcées par fibres de carbone

1. PLA-CF

• Matériau de base: PLA

• Propriétés: Rigidité et finition de surface améliorées, mais adhésion des couches et résistance aux chocs réduites.

• Applications: Prototypes esthétiques, châssis de drones, dispositifs légers.

• Limitations: Cassant ; inadapté aux environnements à haute contrainte ou haute température.

PLA-CF de Polymaker

2. PETG-CF

• Matériau de base: PETG

• Propriétés: Équilibre entre rigidité et résistance aux UV/produits chimiques ; moins sujet au gauchissement que l'ABS-CF.

• Applications: Garnitures automobiles, dispositifs extérieurs, prototypes fonctionnels.

• Limitations: Ductilité réduite par rapport au PETG standard.

3. Nylon-CF (par ex. NylonX, PA-CF)

• Matériau de base: Nylon (PA6/PA12)

• Propriétés: Haute résistance à la traction (jusqu'à 100 MPa), résistance à la chaleur (HDT jusqu'à 155°C) et résistance à la fatigue.

• Applications: Gabarits, engrenages, supports aérospatiaux et pièces automobiles sous capot.

• Limitations: Nécessite un séchage rigoureux et du matériel résistant à l'abrasion.

Fiberon™ PA6-CF20 de Polymaker

4. ABS-CF

• Matériau de base: ABS

• Propriétés: Rigidité améliorée et gauchissement réduit par rapport à l'ABS standard.

• Applications: Prototypes automobiles, boîtiers et composants fonctionnels.

• Limitations: Sujet aux fumées ; nécessite une ventilation.

5. PC-CF

• Matériau de base: Polycarbonate

• Propriétés: Résistance exceptionnelle (traction ~70–75 MPa) et résistance à la chaleur (jusqu'à 150°C).

• Applications: Composants aérospatiaux, dispositifs haute température et isolants électriques.

• Limitations: Exige des températures de buse élevées (300–330°C) et des imprimantes fermées.

6. Composites spéciaux

• PPS-CF: Haute stabilité thermique (jusqu'à 260°C à court terme) pour pièces aérospatiales et résistantes aux produits chimiques.

• PP-CF: Léger avec résistance à la fatigue pour charnières et assemblages à encliqueter.

Considérations d'impression

Exigences matérielles

• Buse: Acier trempé, rubis ou revêtue de diamant pour résister à l'abrasion.

• Adhérence au plateau: Feuilles PEI, adhésifs (par ex. Magigoo) ou surfaces texturées.

• Enceinte: Recommandée pour les matériaux sujets au gauchissement (par ex. ABS-CF, Nylon-CF).

Défis

• Abrasion: Usure accélérée des engrenages d'extrudeur et des tubes Bowden.

• Sensibilité à l'humidité: Le Nylon-CF et le PC-CF nécessitent un séchage (70–80°C pendant 4–6 heures).

• Adhésion des couches: Des températures de buse plus élevées et des vitesses plus lentes améliorent l'adhésion.

Applications par industrie

Industrie	Cas d'utilisation	Matériaux préférés
Aéronautique	Supports, conduits, châssis de drones	Nylon-CF, PPS-CF, PC-CF
Automobile	Supports, garnitures, composants sous capot	PETG-CF, ABS-CF, Nylon-CF
Industriel	Gabarits, pièces de convoyeur, outillage	Nylon-CF, PC-CF, PET-GF
Consommateur	Coques de téléphone, articles de sport	PLA-CF, PETG-CF
Médical	Prothèses, guides chirurgicaux	Nylon-CF (biocompatible)

Avantages et inconvénients

Avantages

• Rapport résistance/poids: Plus léger que le métal avec une rigidité comparable.

• Stabilité dimensionnelle: Réduction du gauchissement pour des pièces de précision.

• Attrait esthétique: Finition mate avec texture de fibres visible.

Limitations

• Fragilité: Résistance aux chocs réduite dans certaines formulations (par ex. PLA-CF).

• Coût: Plus cher que les filaments standard.

• Usure du matériel: Les fibres abrasives nécessitent des remplacements fréquents de buse.