La vidéo de 27 secondes est lue en boucle et c’est fascinant à regarder : un matériau en fibre de carbone qui sort d’une imprimante 3D et qui tourbillonne et s’empile lentement comme de la crème glacée molle.
Sauf qu’il n’y a pas de cornet de crème glacée ou de gobelet pour contenir ce matériau, connu sous le nom de composite de fibre de carbone, un matériau solide et léger qui est utilisé depuis des décennies sur tout, des panneaux d’avion et des éoliennes aux raquettes de tennis.
Dans la vidéo, le matériau durcit tout seul en se dépliant sur une surface chauffée, sans moule ni structure pour le maintenir en place.
Cette création de forme libre montre le travail de Mostafa Yourdkhani, professeur adjoint de génie mécanique au Walter Scott, Jr. College of Engineering, qui s’efforce de réduire le coût, le temps et l’énergie nécessaires à la production de ces structures complexes, selon son dernier article publié sur la couverture de Matériaux appliqués et interfaces ACS.
« Nous le rendons plus rapide et plus économe en énergie », a déclaré Yourdkhani. Les doctorants en génie mécanique Morteza Ziaee et James W. Johnson sont également les auteurs de l’article. « Imaginez que vous vouliez faire un gâteau et que vous posiez la pâte sur un banc et ça devienne juste un gâteau avec une gâchette. Pour les gâteaux, il faut des moules ; ici on fait des structures sans moules. Ce sont des motifs complexes qui sont légers et économes en carburant . »
Lui et son équipe sont parmi les premiers au monde à réaliser ce type d’impression composite.
Crédit : Université d’État du Colorado
La vidéo à elle seule gagne du terrain sur son compte LinkedIn avec environ 1 000 likes de collègues du monde entier. « Une vidéo de nos travaux récents sur l’impression et le durcissement in situ de composites thermodurcissables discontinus renforcés de fibres », lit-on dans son article. « Deux stratégies d’impression (forme libre et impression couche par couche) sans étape de post-durcissement. Voir notre article dirigé par Morteza Ziaee sur ce travail intéressant. »
« Je suis assez passionné par cette technologie », déclare plus tard Yourdkhani. « ayant travaillé dans le domaine des composites pendant de nombreuses années, cette technologie répond à tous les problèmes que nous avons avec la production de composites. »
Yourdkhani montre la vidéo pour illustrer que lui et ses étudiants diplômés ont découvert un moyen d’imprimer des composites en fibre de carbone en très peu de temps avec un minimum de chaleur. La plupart des productions industrielles de fibre de carbone nécessitent un chauffage intense des moules qui passent 6 à 10 heures dans d’énormes fours de la taille de semi-camions.
Oubliez les moules géants et réduisez le temps à quelques minutes, c’est ce que l’équipe de Yourdkhani a fait pour créer ces composites thermodurcissables dans son laboratoire. Les polymères thermodurcissables sont des liquides qui se solidifient par une réaction chimique à sens unique, ce qui signifie qu’ils ne redeviendront pas liquides lors du réchauffage. L’époxy utilisé dans le travail du bois est un exemple de polymère thermodurcissable.
Cet été, il a engagé des étudiants en génie de premier cycle et des élèves du secondaire dans ses recherches, mais il recherche également des étudiants de différentes disciplines comme la chimie et l’informatique.
« La chimie, le génie mécanique, la robotique et l’informatique sont tous connectés pour que cela se produise. »
Morteza Ziaee et al, Impression 3D de composites polymères thermodurcissables renforcés de fibres de carbone courtes par polymérisation frontale, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2022). DOI : 10.1021/acsami.2c02076