Amélioration des propriétés mécaniques des composites thermoplastiques renforcés de fibres continues produits par imprimante 3D FDM

Le principal objectif de cette recherche est de renforcer les propriétés mécaniques des pièces, produites par une imprimante 3D à extrusion, ou machine de modélisation par dépôt fondu, en augmentant la teneur en fil de fibre continue jusqu'à sa limite pratique. L'encastrement de fil de verre continu en fusion a été appliqué comme une méthode fiable et cohérente pour l'imprégnation simultanée afin de produire des composites thermoplastiques renforcés de fibres continues dans le processus de modélisation par dépôt fondu. Il est bien connu que la principale faiblesse des produits imprimés en 3D par dépôt fondu est leur faible résistance par rapport à ceux fabriqués par des méthodes conventionnelles telles que le moulage par injection et les procédés d'usinage. Cette caractéristique peut être liée à la faiblesse inhérente des matériaux thermoplastiques et à la mauvaise adhésion entre les rasters déposés et les couches. Bien que diverses tentatives aient été effectuées pour s'attaquer à ce problème, il est largement admis que l'utilisation de fibres continues est la méthode la plus efficace pour atteindre cet objectif si une méthode fiable et cohérente est mise en œuvre. Étant donné que les propriétés mécaniques des composites renforcés de fibres continues dépendent directement de la teneur en volume de fibres, maximiser la teneur en fibres ainsi que produire une pièce intégrée a été considéré comme l'objectif principal. Dans ce travail, une analyse de divers motifs de dépôt de raster a été réalisée, suivie des expériences et de la vérification. Les paramètres effectifs sur le volume du fil de fibre, tels que le diamètre du fil de fibre, le motif de disposition du fil de fibre, la largeur d'extrusion, la hauteur de couche et le pourcentage d'écoulement, ont été étudiés et leurs valeurs optimales ont été rapportées. Les résultats expérimentaux obtenus ont montré que, pour le composite renforcé de fil de verre d'acide polylactique, avec une largeur d'extrusion de 0,3 mm, des hauteurs de couche de 0,22 mm, un pourcentage d'écoulement de 0,43 et le motif de disposition rectangulaire, environ 50 % de contenu en volume de fibres peut être atteint, ce qui a entraîné une résistance à la traction et un module de 478 MPa et 29,4 GPa, respectivement. Il y avait un excellent accord entre ces résultats expérimentaux et les valeurs prédites théoriquement par la règle de mélange.