Nanovia PP CF – Quand l’impression 3D s’invite aux Championnats du Monde de Biathlon
février 15, 2023Producteur de filaments techniques et composites pour la fabrication additive industrielle, Nanovia commercialise de nombreux polymères, dont le polypropylène renforcé en fibres de carbone (PP CF).
Les propriétés de ce matériau ont été mises en valeur par Athletics 3D, une entreprise spécialisée dans les accessoires sur mesure pour carabines, fusils et pistolets de tir de précision pour le biathlon.
crédit image Alain Lamour
Nanovia PP CF
Qu’est-ce que le Polypropylène ?
Le Polypropylène (PP) est un polymère thermoplastique développée dans les années 1950. Elle existe sous trois variantes (atactique, isotactique et syndiotactique) avec des propriétés mécaniques et thermiques différentes.
Le PP est un des plastiques les plus utilisés après le polyéthylène (PE) en raison de ses applications larges et universelles, notamment dans l’industrie grâce à sa durabilité et sa légèreté.
Un polymère « souple »
Le PP présente les propriétés d’un matériau flexible. On le connaît principalement sous sa forme amorphe à température ambiante. Cela signifie que sa chaîne de polymère est déstructurée. La température de transition vitreuse du PP est négative, allant de -4 à -18°C, selon ses variantes.
Des propriétés mécaniques adaptées pour l’industrie
Avec une densité faible de 1g/cm3, le PP est un plastique de choix pour l’industrie automobile. Il sert à réaliser des pièces de carrosserie par injection plastique telles que les pares chocs et rétroviseurs.
Il est inodore et non toxique d’où son utilisation dans l’industrie alimentaire pour la réalisation de bidons, bouteilles et tous autres types d’emballages. Il était utilisé pour réaliser des pailles plastiques grâce à sa forte résistance aux déformations répétées.
Comme tous les thermoplastiques, le PP peut être recyclé et il est pris en charge par les filières de recyclage.
Une forte résistance chimique
Sa forte imperméabilité ainsi que sa résistance à la plupart des solvants organiques en font un matériau très utilisé par l’industrie pharmaceutique, notamment pour le transport de fluides chimiquement agressifs (conduits, canalisations). Il sert également à réaliser de nombreux accessoires de laboratoire.
Le PP, du fait de sa tension de surface très faible, résiste aussi à la majorité des colles, ce qui peut être contraignant dans le cadre de la fabrication additive. Il doit être soudé et non “collé”.
Un matériau utilisable sur une large plage de température
Soumis à de hautes températures, ses propriétés mécaniques vont se dégrader lentement. Il est résistant aux cycles en laves vaisselles. Une grande partie des ustensiles de cuisine réutilisables sont conçus en PP.
Il n’est pas sensible à l’humidité et résiste aux très faibles températures. En effet, le PP ne forme pas de cristaux en raison de l’absence d’humidité infiltrée dans sa chaîne polymère en cas de gel.
Le PP est utilisable sur une plage de température allant de -20°C à 120 °C.
Il possède la propriété unique de ne pas se dilater en milieu humide. Son volume et son poids restent stables contrairement aux polyamides (PA).
Le PP est relativement flexible et se déforme de plus de 200% avant de commencer à céder.
Pourquoi renforcer le Polypropylène de fibres de carbone ?
Lors de l’impression 3D par dépôt de fil fondu (FFF), le PP est extrudé à haute température (260°C). Quand cette matière se refroidit elle diminue légèrement en volume, ce qui peut provoquer un décollement de la matière du plateau d’impression et déformer la pièce. Ce phénomène s’appelle la rétractation ou « warping » en anglais. Le fait d’utiliser un PP composite de fibres permet de contrer cet effet car les fibres vont retenir la matière.
En revanche, ces fibres augmentent la rigidité du PP, qui se déforme que de 2 à 3% contrairement aux 200% du PP Natif.
Elles augmentent également la résistance des matériaux, le Nanovia PETG GF (renforcé de fibres de verre) par exemple est 40% plus résistant que du PETG natif.
De plus, les fibres de carbone apportent une résistance aux rayonnements UV, ce qui rend le Nanovia PP CF idéal pour la conception de pièces avec un usage extérieur.
Crédit image Focus Outdoor
Un plastique réservé à l’impression technique
L’impression du PP nécessite quelques aménagements spécifiques :
- Un plateau d’impression en PP ou bien un plateau équipé de films d’impression en PP
- Un plateau perforé (la matière s’ancre dans les zones perforées)
- Des adhésifs spécialisés
La mise en application par Athletics 3D
Les propriétés de ce matériau s’adaptent aux applications dans les environnements froids et extérieurs qui demandent une grande stabilité dimensionnelle.
Afin d’illustrer les applications possibles du PP CF, nous avons interrogé Clément Jacquelin, champion du monde de biathlon Jeunes en 2009 et fondateur d’Athletics 3D en 2017.
Pouvez-vous vous présenter ainsi que Athletics 3D ?
Athletics 3D ce sont des produits d’exception pour des champions d’exception. Nous nous entourons de partenaires forts champions de leurs discours, pour concevoir du matériel innovant et gagner avec.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
Athletics 3D conserve un ancrage operationnel pour rester proche des besoins des athlètes et entraîneurs, et acompagne le suivi et la mise en œuvre de projets pour faire cristalliser les demandes des athlètes et les réponses industrielles. J’ai été Champion du Monde de Biathlon Jeunes puis à la sortie de l’école d’ingénieur Grenoble INP en Génie Industriel, j’ai choisi de créer Athletics 3D en décembre 2017 pour répondre aux besoins des athlètes sur les circuits internationaux.
Actuellement, Athletics 3D équipe de nombreux athlètes médaillés aux Championnats du Monde de Biathlon.
Comment vos pièces sont-elles conçues ?
Nous nous servons de différents outils pour concevoir et optimiser nos pièces tout en respectant les objectifs de personnalisation souhaités. La démarche centrée utilisateur mis en place dépend des besoins énoncés par les athlètes et coachs, et de la faisabilité selon les cahiers des charges à respecter. Selon les disciplines sportives, nous avons plus ou moins de degrés de liberté.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
Ensuite pour qualifier un matériel et un design de pièces, nous récoltons de la donnée via des outils numériques, afin de valider par les datas des démarches de conception et de réalisation auprès des athlètes et des coachs.
Quelles sont les techniques de fabrication additive employées par Athletics 3D ?
Aujourd’hui Athletics 3D utilise toutes les technologies de fabrication additive disponibles pour répondre aux besoins des athlètes et des coachs. Nous pouvons agir rapidement sur sites pour établir des prototypes fonctionnels jusqu’à la réalisation de pièces finales selon les projets à réaliser.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
Nous mettons également ce service disponible pour les industriels dans d’autres secteurs de marchés tels que l’aérospatial et les industries de hautes précisions. Nous les accompagnons dans leurs besoins de personnalisation et de duplication tels la réalité de jumeaux numériques, la réalisation de pièces polymères, métalliques et élastomères avec différents degrés de finitions, et l’accompagnement dans des démarches d’hybridation technologique selon les caractéristiques techniques souhaitées.
Le biathlon nécessite-t-il l’utilisation de matériaux spécifiques ?
Le Biathlon en Coupe du Monde reste un milieu de haute compétition et nous restons vigilants sur les évolutions technologiques pour faire le lien entre les évolutions des besoins et les réponses industrielles. De ce fait, nous retrouvons des objectifs techniques pour améliorer le matériel des athlètes.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
En Biathlon, nous prenons en compte l’influence des éléments extérieurs sur le matériel, tels une grande variabilité des plages de température, pouvant aller de -20°C à +30°C, la prise au vent, le contact corporel entre l’athlète et son matériel, le poids, la réaction de l’arme et la solidité du matériel.
Quelles sont les pièces pour lesquelles vous utilisez le PP CF ?
Le PP CF est utilisé depuis cette année sur les pièces nécessitant de tenir les objectifs techniques précédemment énoncés, et nous le retrouvons sur les pièces de préhension tels que les pièces de saisies de la carabine pour le tir couché, tir debout et appui joue pour garantir une solidité, un bon grip et une confiance dans leur matériel auprès des athlètes.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
Excepté le biathlon, Athletics 3D se spécialise-t-elle dans d’autres disciplines sportives ?
Bien sûr, nous agissons également dans d’autres disciplines sportives pour accompagner les athlètes et les entraînements dans leurs objectifs de performances. Nous sommes régulièrement à l’INSEP à Paris (L’Institut national du sport, de l’expertise et de la performance) pour aider les fédérations à comprendre et intégrer les technologies de fabrication additive en vue de leurs Championnats d’Europe, du Monde et Paris 2024 quand celles-ci peuvent leur être bénéfiques.
Clément Jacquelin – Athletics 3D
Pour en apprendre plus sur Clément Jacquelin et son travail chez Athletics 3D : Site web – Instagram – Facebook – Twitter – Youtube – Linkedin
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