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Oct 19, 2023

Paradigme

10/03/2023 Debra Levey Larson Un nouvel équipement a été récemment installé

10/03/2023

Debra Levey Larson

Un nouvel équipement a récemment été installé à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, apportant sur le campus les dernières technologies en matière de fabrication additive. Contrairement à la fabrication additive plastique ou métallique plus connue, cette machine peut imprimer des composites structuraux larges et légers comme ceux utilisés dans les structures aérospatiales. Il s'agit de la première imprimante 3D à fibre continue de Continuous Composites à être installée à l'extérieur de l'entreprise et dans le milieu universitaire.

Selon le professeur fondateur d'ingénierie Jeff Baur, "Il s'agit d'une technologie composite qui change de paradigme car elle permet de créer des structures aux formes complexes qui ont des propriétés mécaniques proches de celles des composites aérospatiaux traditionnels. Actuellement, les composites hautes performances sont fabriqués en posant de la résine -rempli de tissu ou de fibres à la main et les cuisant longuement dans un autocuiseur appelé autoclave.Maintenant, nous posons les fibres par robot, les séchons en forme puis les séchons dans un four en une fraction du temps En raison de la résistance des fibres continues, nous pensons que nous disposons actuellement du composite imprimé par additif le plus résistant au monde, mais il reste encore beaucoup de travail technique à faire. »

L'imprimante CF3D est livrée avec un partenariat industriel/académique unique entre l'UIUC et Continuous Composites, Inc. Baur a déclaré que l'accord avec Continuous Composites fournira des fournitures, un support technique et des mises à jour matérielles à son laboratoire. En retour, il a déclaré : "Nous fournirons à l'entreprise des commentaires gratuits et ouverts sur nos expériences avec l'équipement afin qu'ils puissent apporter des améliorations à leurs futurs clients."

Après plus de 25 ans dans l'Air Force, Baur a rejoint la faculté l'année dernière pour diriger le laboratoire de traitement des composites et de fabrication additive du Département de génie aérospatial. Il fait également partie du groupe Autonomous Materials Systems de l'Institut Beckman.

"J'ai vu cette technologie arriver il y a quatre ou cinq ans. Je savais où nous en étions en termes d'additifs pour polymères et il était clair pour moi que nous n'obtiendrions jamais les propriétés mécaniques dont nous avions besoin pour réussir à moins d'aller très loin ou en continu. fibre », a-t-il déclaré.

Baur et le magazine Composite World ont interrogé des entreprises de fabrication additive utilisant de la fibre de carbone continue et sont arrivés à la même conclusion. "Pour les composites thermodurcissables comme ceux utilisés dans la majorité des applications aérospatiales, Continuous Composites était en avance sur tout le monde." Contrairement aux composites thermoplastiques qui nécessitent des températures et des pressions élevées pour se consolider, les composites thermodurcissables sont liés entre eux par des réactions chimiques. Cela fournit non seulement une riche palette d'options et de propriétés chimiques, mais utilise également moins d'énergie et permet une fabrication plus durable au « berceau » ou au début de la durée de vie de la structure aérospatiale. Bien sûr, le plus grand impact des composites dans le maintien en puissance est de rendre les véhicules plus légers, ce qui se traduit par une consommation d'énergie moindre et des émissions réduites tout au long de la durée de vie du véhicule."

Baur a décrit un exemple de la façon dont cette nouvelle technologie peut également aborder la durabilité sur la « tombe » ou à la fin de la durée de vie d'une pièce. En raison de la durabilité de la plupart des composites thermodurcissables, il est difficile de récupérer la fibre coûteuse de la matrice de résine, puis de la recycler ou de la réutiliser. Les grandes structures composites comme les pales d'éoliennes, par exemple, ont une durée de vie de 30 ans et sont ensuite enfouies dans des décharges. "Grâce à un centre récemment financé par le Département de l'énergie, appelé RE-MAT et dirigé par l'UIUC via l'Institut Beckman, les chercheurs conçoivent des molécules de résine qui, dans les bonnes conditions, peuvent se décompresser pour rendre les fibres récupérables, la résine recyclable, et les deux. Le composite imprimé additif peut accélérer l'évaluation et le développement de ces nouveaux matériaux et permettre une économie circulaire pour les composites thermodurcissables.

En plus d'une cérémonie d'inauguration, Baur a coordonné un symposium réunissant des responsables techniques de l'UIUC, de Continuous Composites, du Air Force Research Lab, d'Arkema, d'Hexcel, de Siemens et de Comeau.

L'organisation de l'événement était essentielle. "Ce n'est pas le genre de chose à laquelle le milieu universitaire est généralement invité", a déclaré Baur. "Mais au symposium, nous avons eu la participation du gouvernement, de l'industrie et du milieu universitaire. C'était une façon de rassembler tous les acteurs pour avoir une conversation autour d'une vision commune. Tout le monde voulait le voir. C'était un grand moment pour la technologie ."

Selon Baur, l'imprimante CF3D sera utilisée dans la recherche à plusieurs niveaux.

"Imaginez que vous ayez une nouvelle fibre, un nouveau renfort, peut-être une fibre bio-dérivée et que vous souhaitiez l'utiliser pour fabriquer un composite structurel. Cette machine devrait être capable de gérer cela. À un niveau complètement différent, nous pouvons utiliser cette machine pour fabriquer de grandes structures comme des prototypes de soufflerie ou des structures pouvant être déployées dans l'espace. Lorsque vous imprimez avec des composites structuraux, votre prototype peut atteindre le niveau de performance dont vous avez besoin pour la structure finale.

Baur a déjà une équipe d'étudiants en aérospatiale travaillant sur une variété de projets.

"Nous pouvons faire un travail à l'Université de l'Illinois qui est à la fois fondamental et impactant pour l'industrie", a-t-il déclaré. "L'un de mes étudiants développe de nouvelles méthodes d'optimisation de la topologie de ces structures imprimées. L'un travaille sur des composites à changement de forme en utilisant de nouvelles conceptions de composites. Un autre travaille sur la caractérisation de la résine additive qui permettra d'obtenir des composites thermodurcissables recyclables. Et la plupart utiliseront cette machine dans une certaine mesure.

"À l'avenir, nous examinerons de nouveaux matériaux, de nouvelles formulations de composites, de nouvelles conceptions de ces composites et de nouvelles applications pour ces composites, y compris des structures adaptatives et même la multifonctionnalité avec des dispositifs intégrés."