Évaluation de la Résistance des Filaments d’Impression 3D : Une Étude sur la Solidité des Mousquetons Imprimés en Onix sur notre Markforged Mark Two
Introduction
L’impression 3D est une technologie en constante évolution, offrant de nombreuses possibilités pour la création de pièces complexes et personnalisées. Cependant, l’une des préoccupations majeures reste la résistance des objets fabriqués. Dans cet article, nous nous penchons sur la résistance des pièces, imprimée au fablab, grâce à nos imprimantes 3D FDM (Fused Deposition Modeling ou Modélisation par dépôt de fil en fusion).
Le but va être d’examiner la résistance des filaments d’impression 3D disponibles au fablab, en mettant en avant notre Markforged Mark Two utilisant le filament Onix (filament composé de nylon et de fibre de Carbonne). Des tests approfondis ont été réalisés pour évaluer la durabilité de ces pièces et comprendre leurs limites.
Rappel de la technologie FDM
La technologie FDM (Fabrication par Filament Fondu) est une méthode d’impression 3D qui utilise un filament de plastique chauffé pour créer des objets couche par couche. Le filament est fondu dans une buse chauffante, puis déposé de manière précise pour former chaque couche de l’objet. Une fois refroidi, le plastique durcit, donnant naissance à l’objet final. C’est comme dessiner en 3D avec du plastique fondu, permettant de créer des objets variés à partir de modèles numériques.
Rappel de la technologie CFR
La technologie CFR (Continuous Fiber Reinforcement) est une méthode d’impression 3D avancée qui intègre des fibres continues, telles que des fibres de carbone, de verre ou de kevlar, dans une matrice polymère pour créer des objets renforcés. Durant le processus d’impression, le filament de plastique est combiné avec ces fibres continues, qui sont insérées par une buse spécifique. Cette combinaison permet de déposer couche par couche un matériau composite exceptionnellement résistant. Une fois refroidi, l’objet présente une robustesse et une rigidité accrues grâce à l’intégration des fibres continues.
Déroulé de l’Expérience
Pour cette étude, nous avons utilisé un modèle 3D de mousqueton, imprimé avec une imprimante 3D FDM standard et notre machine spécialisée pour le filament Onix, la Markforged Mark Two. Pour assurer l’homogénéité des résultats, chaque impression a utilisé les mêmes paramètres : un remplissage à 35%, un motif de remplissage giroïde et une épaisseur de couche de 0.2 mm. Seul le type de filament a varié.
Les filaments testés étaient :
– PLA (acide polylactique) filaments couramment utilisés dans l’impression 3D. Il est fabriqué à partir d’amidon de maïs
– ABS (acrylonitrile butadiène styrène) filaments résistants. Même matière que les Lego
– PETG (polyéthylène téréphtalate glycol) il combine à la fois la simplicité d’impression 3D du PLA et la résistance de l’ABS.
– PETG avec fibre de carbone
– Onix (Nylon + fibre de carbone)
– Onix renforcé en fibre de carbone
Pour comparaison, un mousqueton en aluminium, couramment disponible dans les magasins de bricolage, a également été inclus.
Chaque mousqueton imprimé a été soumis à une série de tests de résistance en appliquant une force verticale progressive jusqu’à rupture. La charge maximale supportée avant rupture a été mesurée.
Observations
Les résultats des tests de résistance sont les suivants :
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Filaments |
Poids Supporté |
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PLA |
26 kg |
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ABS |
45.25 kg |
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PETG |
46.34 kg |
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PETG+Carbon |
47.67 kg |
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Onix |
59.24 kg |
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Onix+Carbon |
>103.42 kg |
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Aluminium |
103.42 kg |
Il est observé que :
– Le PLA offre la résistance mécanique la plus faible.
– Les filaments classiques comme l’ABS, le PETG, et le PETG renforcé ont une résistance similaire, autour de 45 à 50 kg.
– L’Onix présente une résistance supérieure, dépassant 50 kg.
– L’Onix renforcé en fibre de carbone surpasse même le mousqueton en aluminium, atteignant et dépassant 100 kg.
Densité et Propriétés des Filaments
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Filament |
Densité (g/cm³) |
Propriétés |
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ABS |
~1.04 |
Bonne résistance mécanique et à la chaleur, modérément facile à imprimer, émet des fumées lors de l’impression. |
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PLA |
~1.25 |
Biodégradable, facile à imprimer, rigidité moyenne, faible résistance à la chaleur. |
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PETG |
~1.27 |
Bonne résistance chimique et à l’humidité, flexibilité supérieure à l’ABS, facile à imprimer. |
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PETG + Fibre de Carbone |
~1.3 |
Augmentation de la rigidité et de la résistance à la traction par rapport au PETG pur, bonne stabilité dimensionnelle. |
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Onix |
~1.4 |
Excellente résistance mécanique, haute résistance à la chaleur et à l’usure, difficile à imprimer. |
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Onix Renforcé en Fibre de Carbone |
~1.5 |
Propriétés mécaniques exceptionnelles, comparable à l’aluminium en termes de résistance, nécessite des conditions d’impression spécifiques. |
Avantages de Notre Markforged Mark Two
Notre Markforged Mark Two, spécialisée pour le filament Onix offre plusieurs avantages :
– Haute Résistance : Les tests montrent que les pièces imprimées en Onix, notamment celles renforcées en fibre de carbone, ont une résistance mécanique exceptionnelle.
– Polyvalence : Capable de produire des pièces complexes avec des caractéristiques professionnelles.
– Durabilité : Les impressions en Onix présentent une grande résistance à l’usure, à la chaleur et aux contraintes mécaniques.
Conclusion
Notre étude souligne l’importance du choix du matériau pour l’impression 3D de pièces soumises à des contraintes mécaniques. Pour chaque cas d’usage, un filament spécifique s’impose par ses caractéristiques mécaniques et esthétiques. Les impressions en Onix, particulièrement lorsqu’elles sont renforcées en fibre de carbone, offrent de nouvelles perspectives dans le prototypage, permettant la création de pièces complexes aux caractéristiques proches des produits professionnels.
Notre Markforged Mark Two est idéale pour des applications nécessitant une haute résistance mécanique, offrant des résultats comparables, voire supérieurs, aux produits métalliques traditionnels.
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