Impression 3D de matériaux composites à matrice polymère - Revue et prospective

L'impression 3D, également appelée fabrication additive (AM), prototypage rapide (RP) ou fabrication de solides de forme libre, désigne « un procédé selon lequel les matériaux sont assemblés, généralement couche par couche, pour fabriquer un objet conforme aux données 3D qui le modélisent ». Il a été décrit pour la première fois en 1986 par Charles Hull. Cette technologie consiste à créer des objets en déposant le(s) matériau(x) à l'intérieur des contours définis par le modèle 3D. Cela permet de réduire les déchets puisque la précision géométrique obtenue est suffisante, évitant que la pièce ne soit reprise en finition pour éliminer surépaisseurs et autres bavures. Le processus débute par un maillage informatique 3D qui peut être créé à partir de données d’analyse d’images ou de structures définies à partir d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Il en résulte généralement un fichier STL ( Surface Tessellation Language ). Les données de maillage seront ensuite découpées en tranches pour définir un fichier configuré en couches 2D qui pilotera l'imprimante 3D.

Les matériaux polymères thermoplastiques tels que l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), l'acide polylactique (PLA), le polyamide (PA) et le polycarbonate (PC) ainsi que les matériaux polymères thermodurcissables comme les résines époxy peuvent être utilisés en impression 3D. Les résines époxy sont des matériaux réactifs qui nécessitent une réticulation thermique ou assistée par UV pour terminer le processus de polymérisation. Elles présentent initialement une faible viscosité, qui augmente au fur et à mesure du durcissement et conviennent donc à un tel processus. En fonction du choix des matériaux, l'impression 3D de polymères a trouvé des applications possibles dans l’industrie aérospatiale pour la création de structures légères complexes, l’architecture pour la réalisation de maquettes, les secteurs de l'art ou de l'éducation, et les domaines médicaux pour l'impression de tissus, d'organes ou de prothèses. Cependant, la plupart des produits réalisés en impression 3D polymère sont encore aujourd'hui utilisés comme prototypes conceptuels plutôt que comme composants fonctionnels, car leurs propriétés sont encore insuffisantes en tant que pièces fonctionnelles et structurelles. De tels inconvénients limitent l'usage des pièces polymères imprimées en 3D pour des applications industrielles.

L'impression 3D de composites polymères cherche à résoudre ces problèmes en combinant la matrice et les renforts pour obtenir des propriétés structurelles ou fonctionnelles qui ne peuvent être atteintes par aucun des constituants seuls. L'incorporation de renforts de particules, de fibres ou de nanomatériaux permet la fabrication de composites à matrice polymère qui...