Oubliez la fibre de carbone : le graphène rend le filament composite de nylon deux fois plus résistant
Avec une résistance à la traction de 60 MPa sur l’axe Z, le filament composite au graphène surpasse 2,5 fois les performances de 3DXTech et dépasse nettement le Nylon 12CF, la référence industrielle de Stratasys.
Le nylon chargé de fibres de carbone vient de devenir beaucoup plus résistant avec le lancement du filament de fibre de carbone PA1205 de Lyten, une entreprise de la Silicon Valley spécialisée dans les matériaux avancés et la technologie des batteries, qui commercialise un matériau de carbone tridimensionnel breveté.
La semaine dernière, lors du salon Performance Racing Industry (PRI), Lyten a présenté un filament d’impression 3D qui, selon l’entreprise, pourrait remodeler la fabrication de produits de performance dans le sport automobile, l’aérospatiale et la défense.
Le Lyten PA1205 se distingue par le « supermatériau » propriétaire de l’entreprise, le Lyten 3D Graphene. Contrairement aux filaments techniques traditionnels, qui utilisent des fibres de carbone hachées comme renfort, le PA1205 utilise une structure de carbone conçue pour agir à une échelle beaucoup plus petite, plus proche des molécules de polymère elles-mêmes.
Selon Lyten, le résultat est un matériau qui offre des gains substantiels en termes de solidité et de résistance aux chocs, tout en remédiant à l’une des faiblesses de longue date de la fabrication de filaments coulés : la faible adhérence entre les couches.
Dépasser le nylon avec la fibre de carbone
La plupart des filaments de nylon haute performance actuellement disponibles sur le marché sont renforcés par des fibres de carbone courtes et coupées. Bien qu’elles soient efficaces pour augmenter la rigidité, ces fibres se comportent comme de petites tiges rigides noyées dans le plastique. Elles ont tendance à renforcer les pièces principalement dans la direction des fibres, ce qui améliore généralement la résistance dans le plan, mais rend les pièces imprimées vulnérables le long de l’axe Z. Ce compromis est connu de nombreux ingénieurs. Le compromis est connu de nombreux ingénieurs : des pièces plus rigides mais aussi plus fragiles et plus susceptibles de se rompre entre les couches.
L’approche de Lyten est fondamentalement différente. Au lieu d’ajouter des fibres, il a utilisé du graphène, une forme de carbone constituée d’une seule couche d’atomes disposés selon une structure bidimensionnelle en nid d’abeille. Le graphène a une épaisseur d’un atome et constitue le composant de base d’autres matériaux carbonés tels que le graphite et les nanotubes de carbone. Dans le filament, le matériau forme un réseau de carbone tridimensionnel à l’échelle du nanomètre, dispersé dans tout le nylon. Plutôt que d’agir comme des renforts isolés, cette structure de carbone interconnectée fonctionne davantage comme une fine maille tissée à travers le polymère.
Selon les données techniques publiées par l’entreprise, cela se traduit dans la pratique par un renforcement plus uniforme dans toutes les directions d’impression. Lyten indique que le PA1205 offre une forte augmentation de la résistance à la traction dans les axes X et Y par rapport aux filaments PA12 typiques remplis de fibres de carbone, des gains significatifs dans l’axe Z – où les pièces FDM sont traditionnellement plus faibles – et une bien meilleure résistance aux chocs.
Une analogie souvent utilisée par les ingénieurs en matériaux s’applique ici : le nylon avec des fibres de carbone revient à ajouter des bâtons au béton, tandis que le réseau de carbone de Lyten ressemble à un treillis de renforcement continu qui touche tout. En renforçant le matériau à l’échelle moléculaire, plutôt qu’en utilisant des fibres discrètes, M. Lyten affirme qu’il est possible d’augmenter simultanément la résistance et la ténacité, sans avoir à sacrifier l’une au profit de l’autre
Conçu pour les environnements extrêmes
Lyten positionne le PA1205 pour des applications où le poids, la résistance à la chaleur et la fiabilité mécanique sont primordiaux. Les spécifications publiées du filament indiquent une température de déflexion thermique élevée (environ 162 °C contre, par exemple, 145 °C pour le Markforged Onyx) et une densité d’environ 1,08 g/cm³ (Markforged Onyx = 1,2 g/cm³), ce qui le place directement dans la catégorie des plastiques techniques légers et à haute température.
De manière tout aussi remarquable, la société affirme que le filament a été conçu pour fonctionner sur des imprimantes FDM industrielles standard sans matériel spécialisé, une affirmation qui, si elle est confirmée dans la pratique, pourrait réduire la barrière à l’adoption pour les équipes de course et les fabricants qui utilisent déjà des processus additifs. Le nouveau matériau est vendu au prix de 150 USD / 1 kg.
« En utilisant nos supermatériaux en graphène 3D, notre PA1205 améliore réellement tous les paramètres de résistance sans compromettre la capacité de fabrication », a déclaré Dan Cook, PDG de Lyten, dans un communiqué publié à l’occasion de l’événement.
Du sport automobile à l’aérospatiale
Bien que le sport automobile soit le terrain d’essai le plus visible pour le nouveau filament, Lyten a des ambitions plus larges. L’entreprise vise les marchés de l’aérospatiale et de la défense, où la fabrication additive est de plus en plus utilisée pour les composants structurels légers, les outils et les petites séries.
Le PA1205 est déjà utilisé en interne par Lyten Motorsports, la filiale de l’entreprise basée à Indianapolis, qui produit des pièces composites imprimées en 3D pour des applications de course automobile. Lyten indique que le matériau est utilisé dans des composants fonctionnels, bien qu’une certification et une validation indépendantes détermineront en fin de compte son aptitude à être utilisé dans des systèmes critiques pour la sécurité.
Le lancement du filament intervient alors que Lyten continue d’étendre la portée de sa plateforme de graphène 3D, qui est utilisée dans les batteries, les capteurs, les composites et les adhésifs. Les observateurs du secteur notent que la stratégie de l’entreprise reflète l’importance croissante accordée aux matériaux – plutôt qu’aux machines – en tant que prochain levier majeur pour améliorer les performances de la fabrication additive.
Alors que les ingénieurs et les fabricants introduisent l’impression 3D dans des applications exigeantes du monde réel, des matériaux comme le PA1205 mettent en lumière une question centrale pour l’industrie : de nouvelles formes de renforcement du carbone peuvent-elles enfin surmonter les compromis mécaniques qui ont longtemps limité les pièces imprimées ? Pour Lyten, la PRI 2025 représente la tentative la plus claire de répondre à ce défi.
- * ISO 179 Charpy entaillée et ASTM D256 Izod entaillée ne sont pas des mesures de résistance aux chocs directement comparables.
- **Les mesures de flexion ISO et ASTM sont comparables en termes de tendance et d’ordre de grandeur, mais ne sont pas interchangeables.
Également intéressant :
Écouter le podcast des actualités All3DP :
Licence : Le texte de l'article "Oubliez la fibre de carbone : le graphène rend le filament composite de nylon deux fois plus résistant" écrit par All3DP Pro est publié sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).