La technologie d’impression en 3D de Continuous Composites ne relève pas de la fiction, mais de la science fiction

Par Drew Turney
- 15 Jun 2016 - 6 min De Lecture
Crédits photo Continuous Composites

Imaginez pouvoir imprimer une voiture, le mur d’un bâtiment ou toute autre structure complexe, d’un seul trait, en 3D. Non pas uniquement le métal, le béton ou la coque en fibre de verre, mais bien tout l’ensemble, y compris les circuits d’alimentation, la tuyauterie, les conduites de carburant, les joints en caoutchouc et toutes les pièces mobiles.

Ça ressemble à de la science-fiction ? Grâce à une révolution en gestation, l’entreprise Continuous Composites, installée à Coeur D’Alene dans l’Idaho, est convaincue que tout cela est à portée de main.

La société a déjà exploité la fibre de carbone, le Kevlar, la fibre de verre, la fibre optique ainsi que les fils de cuivre continus, et le secret de sa recette est la possibilité d’imprimer plusieurs matériaux simultanément afin de fabriquer un produit fini dont tous les composants sont déjà à leur place lorsque celui-ci sort de l’imprimante 3D. Continuous Composites nomme ce procédé « la fabrication continue à l’échelle », une invention qui va au-delà de la fabrication additive traditionnelle.

continuous composites Ken Tyler
Ken Tyler. Avec l’aimable autorisation Continuous Composites

Comme vous pouvez l’imaginer (et comme le laisse penser le site Internet de la société), les applications de cette technologie sont quasiment infinies, et le PDG de Continuous Composites, Jeff Beebout, affirme que lui et son Directeur de la technologie, Ken Tyler, sont prêts à relever le défi : « Nous avons franchi les étapes de prototypage et de démonstration du concept. La prochaine étape est la préparation de son entrée sur le marché. »

Fort de ses premiers pas dans l’impression 3D, avec en poche un diplôme en informatique assorti d’une expérience dans la CAO, Ken Tyler travaillait dans l’industrie navale lorsqu’il a eu une révélation : « J’observais le mouvement de la tête d’impression qui fusionnait les fibres de plastique et je me suis dit qu’il devait y avoir un autre moyen ».

Comme Isaac Newton et sa pomme légendaire, Ken Tyler tomba sur un brin de fibre époxyde alors qu’il passait à côté d’un morceau de fibre de verre qu’il avait fabriqué la veille. Ce fut un électrochoc. « Je me suis dit, “Attends, c’est stupide ! Pourquoi n’avons-nous pas encore pensé à imprimer avec ce truc ? ” » se souvient-il.

C’est ce qui l’a conduit à des recherches sur le rayonnement ultraviolet (UV) pour la vulcanisation et le durcissement des époxydes, une pratique répandue dans la production de masse en électronique, et à se demander pourquoi cette méthode ne pourrait pas s’appliquer aux époxydes imprimés en 3D. Ainsi, en plus de ses trois emplois dans l’industrie navale, il passa ses nuits à rédiger le brevet qui marquerait la naissance de Continuous Composites.

continuous composites UV light
Le halo bleu émane du rayonnement UV. Avec l’aimable autorisation Continuous Composites.

La première pièce du puzzle est l’époxyde thermodurcissable utilisé par la société. « C’est bien plus solide, souligne-t-il. Le plastique conserve globalement la même structure moléculaire lorsqu’il est chauffé et refroidit, mais lorsqu’on vulcanise de l’époxyde, une réaction chimique entraîne la formation d’une toute nouvelle structure moléculaire. Il s’associe beaucoup mieux aux autres matériaux que le plastique. »

Le rayonnement UV a la puissance nécessaire à la vulcanisation instantanée des époxydes, formant ainsi une liaison moléculaire solide entre le matériau et la matrice sous-jacente bien plus rapidement que la plupart des procédés d’extrusion en 3D. Cela permet à Continuous Composites d’imprimer des géométries uniques, telles que des courbes, dans un espace vide.

C’est tout cela qui permet à la société d’affirmer que son procédé est 10 fois plus rapide que celui de son plus proche concurrent. « Actuellement nous limitons notre vitesse d’impression à 2,30 m de matériau par minute, précise-t-il, mais nous pourrions facilement atteindre 30 m par minute. » Certes, cela ne fait pas une grande différence en ce qui concerne les figurines de bureau en plastique. Mais imaginez cela à l’échelle d’un cargo, d’un immeuble de bureaux de plusieurs étages, avec son ensemble de tuyauterie et de circuits électriques, ou d’un pipeline disposant de capteurs, d’outils de communication et de matériaux conducteurs intégrés, dans le cadre d’applications telles que l’Hyperloop, et vous prendrez conscience de la puissance de cette méthode.

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À l’exception des capacités d’impression 3D les plus marginales dont vous avez pu entendre parler, telles que l’approvisionnement sur demande en tissus et organes humains, la majorité de l’industrie utilise encore des thermoplastiques. Le procédé de Continuous Composites permet quant à lui d’imprimer quasiment n’importe quoi en bandes de fibres ou en structures tubulaires. La plupart des imprimantes 3D fonctionnent avec une seule tête d’extrusion, mais les expériences de Ken Tyler avec des têtes à 8 ou 16 voies produisent elles aussi un flux régulier.

Comme si cette vitesse et ces performances ne lui suffisaient pas, Continuous Composites cherche également à libérer l’impression 3D du carcan du portique à tête simple et du système de rail. Au lieu d’avoir une tête d’impression déposant lentement chaque couche d’une voiture de course en polymères ou d’un casque de Stormtrooper, imaginons un système grâce auquel la tête d’impression (ou les têtes) suivrait le mouvement de l’objet à imprimer, en utilisant la même technologie que celles des caméras robots qui arpentent les conduits : une approche idéale pour les courbes ou les structures tubulaires.

« C’est ça qui va plaire : quand on pourra voir 16 têtes d’impression construire un immeuble en une journée, s’enthousiasme Ken Tyler. Et si on continue sur cette lancée, on en sera capable dans les années qui viennent. »

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Un brin multimatériaux contenant du cuivre imprimé en 3D. Avec l’aimable autorisation Continuous Composites.

C’est aussi un terreau fertile pour la conception générative. L’un des principaux soucis de Ken Tyler est que l’impression 3D engendre des points faibles dus à la manière dont le matériau est déposé sur la couche sous-jacente. Selon lui, les algorithmes de calcul de la conception générative permettent de lutter efficacement contre ces vulnérabilités.

« C’est formidable, parce qu’on pourra orienter les fibres à l’opposé des forces avec précision afin de répondre aux contraintes du design, explique-t-il. La possibilité d’avoir ce contrôle discret sur la fibre, associée à ces outils logiciels hautement performants, nous permettra de réaliser des objets vraiment impressionnants. »

Ainsi, alors qu’elle s’apprête à révéler son chef-d’œuvre au monde entier, Continuous Composites contemple déjà l’étape suivante : choisir entre vendre la technologie sous licence à des acteurs majeurs du marché, suivre la voie d’une croissance interne pour la vendre sous sa propre enseigne ou opter pour une stratégie hybride. Quoi qu’il en soit, une chose est sûre : les produits à la demande, à l’image des réplicateurs de Star Trek ne sont plus très loin.

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