Tout savoir sur l’impression 3D Kevlar

La fibre aramide est un polyamide synthétisé largement utilisée dans la fabrication additive et caractérisée par sa grande résistance. Elle a été développée pour la première fois en 1965 par la chimiste Stephanie Kwolek, une pionnière de la recherche sur les polymères qui a obtenu plusieurs brevets et prix au cours de sa carrière. Le terme Kevlar® a été déposé par la société DuPont, pour laquelle travaille Kwolek, et a commencé à être commercialisé en 1972. Grâce à ses propriétés mécaniques intéressantes, ce plastique synthétique est l’un des plus résistants du marché et est utilisé dans une grande variété d’applications. En plus d’être compatible avec de nombreuses méthodes de fabrication traditionnelles, le Kevlar est utilisé en impression 3D pour la création de pièces finales. Pour en savoir plus sur ce polyamide et ses possibilités dans l’industrie de la fabrication additive, ne manquez pas ce guide complet.

Caractéristiques du matériau

Le kevlar est un type de plastique qui, selon sa classification scientifique, est défini comme un polyamide aromatique synthétique. En d’autres termes, il s’agit d’une substance artificielle composée de molécules interconnectées. La fibre aramide appartient à la famille des plastiques obtenus par polymérisation, c’est-à-dire par l’assemblage de longues chaînes de molécules. Les fibres de Kevlar, en particulier, sont disposées en lignes parallèles régulières et étroitement entrelacées, ce qui les rend très résistantes. Il existe deux types de fibres aramides :

• Le Kevlar 29, c’est-à-dire la fibre telle qu’elle est obtenue après sa fabrication. Elle est principalement utilisée pour renforcer les bandes ou les tissus.
• Le Kevlar 49 : il est obtenu lorsque les fibres sont combinées à une résine pour former un matériau composite. Ces fibres nécessitent un traitement de surface pour favoriser la liaison avec la résine.

La fibre aramide se caractérise par sa grande solidité et sa résistance

Et oui, tout le monde parle de la solidité de la fibre aramide, mais de quoi s’agit-il exactement ? Le kevlar a une résistance à la traction dix fois supérieure à celle de l’acier, grâce à la réticulation des chaînes internes par des liaisons d’hydrogène. Il présente également une résistance balistique élevée. Les fibres sont enroulées si étroitement qu’il est presque impossible de les séparer. Ainsi, lorsqu’une balle ou un projectile frappe à grande vitesse, les fibres piègent, absorbent et dissipent son énergie. Parallèlement, les chaînes moléculaires sont parfaitement étendues et alignées, ce qui constitue une barrière de défense contre les coupures et les perforations. Enfin, le matériau est intrinsèquement résistant à la chaleur et aux flammes, ce qui en fait un choix idéal pour la protection contre les risques thermiques jusqu’à 425°C.

L’impression 3D Kevlar

Comme nous l’avons mentionné, le kevlar est un plastique compatible avec la fabrication additive. Grâce à la polyvalence du matériau, sa mise en œuvre dans l’industrie de l’impression 3D se développe rapidement afin d’élargir son potentiel et ses possibilités. Il s’agit également d’un choix idéal lorsqu’il s’agit d’ajouter de la résistance et de la flexibilité aux pièces finales. En termes de qualité, la structure moléculaire longue et régulière du Kevlar favorise une finition très lisse et une haute résolution des couches imprimées.

L’impression 3D FDM est sans aucun doute la technologie la plus répandue pour l’utilisation de la fibre aramide. En raison de sa composition, il est plus accessible de trouver le Kevlar sous forme de filament, bien qu’il faille disposer d’un équipement adéquat pour garantir son utilisation correcte. Lors de l’impression de pièces avec du Kevlar, plusieurs aspects doivent être pris en compte. Comme il s’agit d’un filament composé de molécules longues et ininterrompues, le risque que le matériau se coince dans la buse est plus élevé, il faut donc veiller à ce que l’extrudeur ait une largeur d’au moins 4 mm. La température de fusion du Kevlar étant très élevée, l’imprimante 3D utilisée doit pouvoir atteindre des températures élevées. Enfin, il est important de faire attention à la première couche imprimée, car le Kevlar n’est pas un matériau qui adhère facilement ; dans ce cas, l’utilisation de colle peut s’avérer très utile.

Crédits photo : Markforged

Bien qu’elle soit la plus répandue, la fabrication par extrusion n’est pas la seule technologie compatible avec le Kevlar. Certaines organisations et certains projets de recherche utilisent la fibre aramide dans le cadre de l’impression 3D résine. Pour ce faire, des fibres d’aramide de taille microscopique sont mélangées à de la résine afin d’obtenir la bonne viscosité. Les pièces alors obtenues présentent une plus grande résistance à l’usure.

Applications et prix du matériau

Grâce à sa résistance élevée à la chaleur, à la traction et à la ténacité, le kevlar est largement utilisé dans l’impression 3D pour les applications les plus exigeantes. Ayant des caractéristiques similaires à celles de certains métaux, mais offrant une plus grande légèreté, il est très utile dans des industries telles que la défense, l’automobile, les biens de consommation ou l’aérospatiale. Parallèlement, les qualités d’absorption des chocs et d’anti-abrasion font de la fibre aramide un bon choix pour la fabrication de pièces de machines industrielles qui se déplacent les unes contre les autres.

D’un point de vue économique, l’impression 3D kevlar n’est pas forcément très bon marché, en particulier pour les particuliers. Comme nous l’avons mentionné, l’utilisation de la fibre aramide dans la fabrication additive nécessite une machine appropriée capable de résister à des températures élevées. Pour cela, il est important d’investir dans un équipement de haute qualité. Parallèlement, le prix du matériau est d’environ 100 euros par bobine de 50 mètres (5 fois plus que le PLA). Dans de nombreux cas où l’on souhaite bénéficier des avantages de ce matériau, il est préférable d’opter pour un service d’impression 3D qui fabrique des pièces à la demande.

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*Crédits photo de couverture : Mark3D