Setforge déploie la fabrication addtive de 9T Labs pour la production de composites de structure

Pour produire plus rapidement des pièces composites haute performance, le spécialiste de la transformation des matériaux Setforge s'est associé au constructeur d'imprimantes 3D 9T Labs. Une ligne pilote combinant impression 3D et forgeage verra le jour dans les prochaines semaines.

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Setforge déploie la fabrication addtive de 9T Labs pour la production de composites de structure
En associant fabrication additive et forgeage, Setforge veut produire des pièces composites de structure

Et si la fabrication additive était la clé pour permettre aux composites de passer à l’échelle industrielle ? C’est la conviction de la société Setforge, spécialiste de la transformation des métaux, qui a annoncé le 8 juillet, un partenariat avec le constructeur d’imprimantes 3D 9T Labs.

Son objectif ? Mettre en place d’ici la fin de l’année une ligne pilote, capable de produire plus rapidement des pièces composites de structures pour l’automobile et l’aéronautique. Ces éléments de hautes performances peuvent se substituer aux pièces en métal et ainsi participer à l’allègement des véhicules.

Imprimer des fibres de carbone continues

Pour y parvenir Setforge s’appuie sur un procédé breveté de forgeage des préformes composites par compression et sur une technologie encore émergente dans le domaine de la fabrication additive : l’impression de polymères à fibre de carbone continue.

« La plupart des fabricants d’imprimantes proposent des thermoplastiques chargés avec des fibres courtes. Avec ce procédé, le taux de fibres et les propriétés mécaniques des pièces sont peu élevées », explique Damien Felix « Il nous fallait un moyen industriel pour imprimer des préformes composites à fibres longues pour envisager la production de pièces de structures ».

La jeune pousse suisse 9T Labs, fondée en 2018, a présenté à Setforge la Red Series, une imprimante qui devait être officiellement lancée en début d’année à l’occasion du salon JEC Composites, événement annulé à cause de la pandémie. Cet équipement permet de déposer simultanément un fil de carbone associé à sa matrice polymère selon un procédé dérivé du FDM (dépôt de fil fondu).

« La machine de 9T Labs est capable de mettre en œuvre un matériau constitué d’un fil de carbone continu inclus dans une matrice thermoplastique. » explique Damien Felix, « Il s’agit généralement d’un polymère technique, avec des températures de transition vitreuse élevée, comme un polyamide 12 (PA 12) ou un polyethercetonecetone (PEKK) »

Un taux de fibre de 60%

Fil et matrice sont ainsi déposé selon le modèle CAO de la préforme composite qui prend en compte les contraintes mécaniques auxquelles sera soumise a pièce. 9T Labs propose un logiciel baptisé Fibrify Design Suite qui permet de simuler et de contrôler le placement des couches de fibres et de polymères.

« Avec ce procédé nous atteignons un volume de fibres de carbone élevé, de l’ordre de 60 % », met en avant Damien Félix, « Cela va nous permettre de produire des pièces hautes performance pour des applications industrielles ».

Des pièces plus denses

L’impression 3D des préformes ne constitue cependant que la première phase de la mise en œuvre du matériau. Les préformes passent ensuite par une phase de compression, réalisée au moyen d’une presse maintenant les pièces à haute température. « Cette étape de forgeage du composite est un savoir-faire que nous développons depuis maintenant 6 ans. Il est hérité de notre connaissance de la transformation des métaux. », pointe Damien Félix. « La compression sert à densifier la pièce et d’en accroître significativement les propriétés mécaniques ».

Ce processus permet en effet de chasser les poches d’air résiduelles entre les couches du matériau et de fortement réduire le taux de porosité de la pièce. « En bout de chaine, nous atteignons une porosité inférieure à 1% », précise Damien Félix.

Elargir les débouchés

Si la transition entre l’imprimante et l’outil de forgeage se fera dans un temps manuellement, Setforge envisage de s’équiper d’un cobot pour automatiser encore davantage cette étape.

La ligne pilote vise dans un premier temps la production de 120 000 pièces par an, « essentiellement des démonstrateurs pour proposer cette solution aux industriels de l’auto ou l’aéro », selon Damien Félix.

En fonction du succès de ce pilote, Setforge pourrait acquérir d’autres imprimantes pour monter en cadence et viser d’autres débouchés, comme des pièces en fibres de carbone pour le médical ou la robotique.

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