Stratification epoxy sur coque imprimée en 3D, résistance sous pression

[bayard]

Bonjour à tous, (et merci tout d'abord à ceux qui font vivre ce forum),

Encore un qui espère faire des miracles avec son imprimante 3D

En effet, je travaille sur la conception d'un drone sous-marin depuis quelques mois. Pas du modélisme radiocommandé, plutôt quelque chose pour faire de l'exploration par 30-50 mètres de fond. Donc qui supporte une charge de 5 kg par cm².
Mais sur le web, les projets de ce genre se contentent souvent d'assembler de bêtes tubes de PVC, je réfléchis à une forme un peu plus "fluide". Pour ça, une stratification verre + epoxy avec quelques renforts dans la structure me semble être une bonne solution en terme d'étanchéité et de solidité. Concernant le moule, je me suis dit que plutôt que d'en faire un, j'ai un matériau d'impression 3D (de l'ASA) adapté aux usages marins, aux UV, aux chocs, etc, dont l'aspect de surface et la couleur me plaisent pas mal. Je peux directement l'utiliser comme "coquille" externe, d'une épaisseur de 2 mm (pièce pleine). ça contribuera à la résistance de la coque et ça évitera quelques coûts et difficultés de démoulage. C'est à dire que j'imprime la pièce et que je viens stratifier sur sa surface intérieure.

Concernant le stratifié, j'en ai déjà fait un peu mais pas assez pour estimer à l'oeil ce dont j'ai besoin. Bien sûr, il va falloir faire des tests dans tous les cas, mais je n'ai pas de quoi appliquer 5 bars de pression pour vérifier que ça tient vraiment. En tout cas, pour le moment je partais sur une alternance mat + 1 ou 2 couches de roving léger + mat, j'ai cru comprendre qu'il était bien de commencer et finir par du mat.

Faute de ressources sur ce type d'application, je suis donc face à quelques incertitudes :

- est-ce qu'il faut sérieusement s'inquiéter de l'adhérence du stratifié sur la coquille en plastique ?
- pour la résistance à la pression, ça vous paraît dans les clous ou mal barré ? comme je le disais j'aurais des renforts costauds tous les 10 cm mais c'est peut être encore loin de suffire. Si quelqu'un a des ressources sur la résistance d'un stratifié en flexion je suis preneur.

Merci et bonne continuation à tous

[isatis]

Encore un qui espère faire des miracles avec son imprimante 3D

des miracles peut-être pas mais ce sont des outils en plein développement donc il faut tâtonner parfois.

Pour ça, une stratification verre + epoxy avec quelques renforts dans la structure me semble être une bonne solution en terme d'étanchéité et de solidité.

Etanchéité oui si vous travaillez bien votre stratifié.
Solidité cela dépend de votre cahier des charges ; nous sommes techniciens-négociants pas bureau d'études donc nous pouvons vous orienter sur ce qui nous semble correct comme échantillonnage sans pouvoir être affirmatifs à 100 %.

…… Je peux directement l'utiliser comme "coquille" externe, d'une épaisseur de 2 mm (pièce pleine). ça contribuera à la résistance de la coque et ça évitera quelques coûts et difficultés de démoulage. C'est à dire que j'imprime la pièce et que je viens stratifier sur sa surface intérieure.

Si vous avez assez d'espace pour bien passer votre débulleur partout et que la forme ne présente pas d'angles à 90 % c'est possible.
Si votre coque ASA est étanche il n'est pas nécessaire de protéger le stratifié ; s'il y a risque d'eau ou simplement d'humidité (condensation par exemple) il faudra protéger le stratifié.

…En tout cas, pour le moment je partais sur une alternance mat + 1 ou 2 couches de roving léger + mat, j'ai cru comprendre qu'il était bien de commencer et finir par du mat.

Oui mais non l'alternance que vous évoquez concerne le stratifié polyester. Dans le cas de votre objet il faut impérativement passer en époxy donc travailler avec des tissus : roving, silionne, carbone, kevlar au choix :
voir ICI les tissus de verre
voir ICI les carbone, kevlar, etc.

- est-ce qu'il faut sérieusement s'inquiéter de l'adhérence du stratifié sur la coquille en plastique ?

Comme votre fil n'est pas de l'ABS mais une base acrylique, vous devez moyennement vous inquiéter. Nous ne pouvons pas certifier la tenue n'étant pas maîtres du travail mais normalement avec une bonne rigueur dans le travail, ça devrait adhérer suffisamment.

- pour la résistance à la pression, ça vous paraît dans les clous ou mal barré ? comme je le disais j'aurais des renforts costauds tous les 10 cm mais c'est peut être encore loin de suffire. Si quelqu'un a des ressources sur la résistance d'un stratifié en flexion je suis preneur.

La flexion et la pression ne sont pas les mêmes effets ; d'après ce que je comprends et sans avoir vu la forme de l'engin vous n'avez pas à craindre l'effet de flexion. C'est plutôt la pression qu'il faut prendre en compte.
Qu'entendez-vous par "faire des renforts" ? s'il s'agit de créer des varangues ou des lices, pourquoi pas mais attention que la pression qui va s'exercer sur l'ensemble risque de créer un effet de poinçonnement aux endroits de renforts si la peau générale n'est pas assez costaud.
C'est sans doute un peu confus mon explication mais sans avoir une idée de la forme générale, difficile d'être plus précise ; disons que si votre engin a la forme d'un Scorpène, celle-ci est auto-raidisseuse.

[bayard]

Bonjour,

tout d'abord merci pour cette réponse rapide et détaillée, ça fait très plaisir.

Solidité cela dépend de votre cahier des charges ; nous sommes techniciens-négociants pas bureau d'études donc nous pouvons vous orienter sur ce qui nous semble correct comme échantillonnage sans pouvoir être affirmatifs à 100 %.

Oui, nous sommes bien d'accord ! C'est exactement ce dont j'ai besoin, le reste ce sera du (crash) test. Si au moins je peux me faire une vague idée de ce qu'on peut espérer d'un composite verre epoxy en terme de rigidité... Parce qu'un élément important, c'est la déformation, déjà parce que si le composite accepte de se déformer un peu mais pas l'ASA (il faut que j'essaie), c'est le plastique qui va tout encaisser, et si les deux se contractent de manière significative, ça diminue la flottabilité de l'engin, ce qui peut poser problème.

Si votre coque ASA est étanche il n'est pas nécessaire de protéger le stratifié ; s'il y a risque d'eau ou simplement d'humidité (condensation par exemple) il faudra protéger le stratifié.

Même avec une impression très fine, avec une telle pression il est vraisemblable que les minuscules porosités laissées par l'imprimante laissent passer de l'eau. Je pensais que l'epoxy ne souffrait pas spécialement de l'humidité ? Il faut tout de même appliquer un enduit ?

Oui mais non l'alternance que vous évoquez concerne le stratifié polyester.

Ah, ça c'est bon à savoir ! Je l'ignorais complètement, qu'est-ce qui fait la différence ? J'avais lu que le mat apportait davantage de rigidité en compression et était plus facile à appliquer sur des surfaces courbes. ça ne marche pas bien avec l'epoxy ?


Concernant les contraintes de pression : c'est certes un peu différent d'une flexion pure. En fait j'ai une zone de la coque qui est légèrement concave pour y positionner les propulseurs. Donc ça pourrait ressembler à de la flexion à cet endroit. Mais en faisant ainsi je risque de perdre la propriété d'auto-raidissement que vous mentionnez, c'est peut être à éviter.

Mon logiciel de dessin était en carafe hier, voici quelques photos. C'est un premier jet bien sûr. L'idée c'est effectivement de disposer des varangues dans le plan transversal. Je n'avais pas songé au risque de poinçonnement, en effet. ça dépend de la raideur de la coque...

La partie de la coque en photo fait environ 40 cm de long sur 13 de haut.

[isatis]

Bonjour,

tout d'abord merci pour cette réponse rapide et détaillée, ça fait très plaisir.

Merci à vous, ce forum a été crée pour assister nos clients dans leurs projets, il est normal qu'on réponde

Oui, nous sommes bien d'accord ! C'est exactement ce dont j'ai besoin, le reste ce sera du (crash) test. Si au moins je peux me faire une vague idée de ce qu'on peut espérer d'un composite verre epoxy en terme de rigidité... Parce qu'un élément important, c'est la déformation, déjà parce que si le composite accepte de se déformer un peu mais pas l'ASA (il faut que j'essaie), c'est le plastique qui va tout encaisser, et si les deux se contractent de manière significative, ça diminue la flottabilité de l'engin, ce qui peut poser problème.

Espérons que ça soit plus test que crash mais oui, à défaut de calculs savants d'ingénierie, il faudra faire des essais.
Un stratifié carbone-époxy devrait être plus rigide que l'imprimé ASA. C'est du fil à base acrylique et l'acrylique en règle générale c'est raide et cassant mais peut-être que je me trompe.
Je vais demander à un collègue de passer par ici lire vos questions et donner son avis.

Même avec une impression très fine, avec une telle pression il est vraisemblable que les minuscules porosités laissées par l'imprimante laissent passer de l'eau. Je pensais que l'epoxy ne souffrait pas spécialement de l'humidité ? Il faut tout de même appliquer un enduit ?

Pas un enduit, une peinture ou un vernis.
Reprenons : la surface de résine en contact avec l'imprimé est protégée par celui-ci mais s'il est poreux au bout d'un certain temps l'époxy risque soit de délaminer, soit de se dégrader.
La question que j'ai oublié de vous poser c'est combien de temps l'engin reste immergé ? Un objet qui passe un moment dans l'eau puis est sorti et bichonné, c'est pas du tout le même risque qu'un engin qui doit patrouiller 4 h par jour.

Ah, ça c'est bon à savoir ! Je l'ignorais complètement, qu'est-ce qui fait la différence ? J'avais lu que le mat apportait davantage de rigidité en compression et était plus facile à appliquer sur des surfaces courbes. ça ne marche pas bien avec l'epoxy ?

Le mat pour stratifier avec une résine époxy possède un liant différent de celui pour polyester ; il est essentiellement destiné à des réalisations sans finesse, de l'industrie.
Si vous voulez absolument en insérer, rien n'empêche voir ICI si vous pensez que votre projet s'y prête ; il ne supporte pas plus que les autres des angles à 90%, les courbes c'est sans soucis pour tous les mats et tissus. C'est effectivement rigide mais moins qu'un carbone.
Si vous avez des contraintes de poids, ne pas oublier que ça alourdit le mat.

Concernant les contraintes de pression : c'est certes un peu différent d'une flexion pure. En fait j'ai une zone de la coque qui est légèrement concave pour y positionner les propulseurs. Donc ça pourrait ressembler à de la flexion à cet endroit. Mais en faisant ainsi je risque de perdre la propriété d'auto-raidissement que vous mentionnez, c'est peut être à éviter.

C'est à vous de voir et d'essayer.

Mon logiciel de dessin était en carafe hier, voici quelques photos. C'est un premier jet bien sûr. L'idée c'est effectivement de disposer des varangues dans le plan transversal. Je n'avais pas songé au risque de poinçonnement, en effet. ça dépend de la raideur de la coque...

Et oui, on n'y pense jamais au poinçonnement en principe sur un engin composite qui risque de prendre des coups ou bien de subir des pressions, ce qui arrive forcément à des engins de mer, on applique un vide d'air entre la paroi à varanguer et la varangue elle-même.
Sur un voilier type IMOCA par exemple qui en voit des vertes et des pas mures question prendre des coups, il s'agit de glisser de la mousse (Airex par exemple) entre la coque et la varangue avant de stratifier. Lorsque le choc ordinaire survient le vide d'air même tout fin permet d'amortir et d'empêcher la varangue de passer à travers la cloison. Pour un gros crash pas prévu, rien de résiste.

Il me semble qu'un primaire d'accrochage sur l'ASA poncé plus deux ou trois carbone-époxy avec du mat entre si vous le souhaitez, ça serait suffisant pour une forme en ogive de 40 cm. Il ne serait peut-être pas nécessaire d'ajouter des varangues mais plutôt des raidisseurs longitudinaux comme des lices… à voir il me semble.

Attendez que mon collègue passe par ici pour vous donner son sentiment. Soyez un peu patient, il est moins disponible que moi.

[bayard]

Bonjour,

Pas de soucis, je suis patient, de toute façon j'en ai encore pour quelques temps avant de boucler la CAO.

Pour l'immersion, ça se destine à des périodes de fonctionnement assez courtes, 30 mn à 1h quelques fois dans l'année. La coque ne devrait pas vieillir très vite.

Le mat pour stratifier avec une résine époxy possède un liant différent de celui pour polyester ; il est essentiellement destiné à des réalisations sans finesse, de l'industrie.
Si vous voulez absolument en insérer, rien n'empêche voir ICI si vous pensez que votre projet s'y prête ; il ne supporte pas plus que les autres des angles à 90%, les courbes c'est sans soucis pour tous les mats et tissus. C'est effectivement rigide mais moins qu'un carbone.
Si vous avez des contraintes de poids, ne pas oublier que ça alourdit le mat.

OK. Non dans ce cas je n'ai pas de raison d'y tenir. Pour le poids, ce n'est pas grave, de toute façon il faut que j'alourdisse l'appareil pour qu'il parvienne à plonger.

Pour le choix du roving, qu'est ce qui peut me faire choisir entre N couches d'un roving fin et la moitié d'un roving plus épais (ou une combinaison des deux) ? En terme de rigidité et de facilité d'application, je présume que ça change un peu les choses ?

Sur un voilier type IMOCA par exemple qui en voit des vertes et des pas mures question prendre des coups, il s'agit de glisser de la mousse (Airex par exemple) entre la coque et la varangue avant de stratifier.

Eheh oui, on a vu ça... Bon heureusement pour moi je ne pars pas pour faire des piqués dans des creux à 20 noeuds Mais c'est une bonne idée, je ne suis pas sûr toutefois de comprendre ce que vous entendez par "avant de stratifier"... C'est parce que la varangue est intégrée au stratifié ? Je pensais installer les varangues après avoir stratifié, ça me semble plus pratique.

Merci encore

[isatis]

Pour le choix du roving, qu'est ce qui peut me faire choisir entre N couches d'un roving fin et la moitié d'un roving plus épais (ou une combinaison des deux) ? En terme de rigidité et de facilité d'application, je présume que ça change un peu les choses ?

C'est le poids total de verre qui est important, pas le grammage de tissu. En roving 300 gr/m2, il faut envisager au moins 3 couches.
Il serait peut-être judicieux de choisir plutôt de la silionne qui est un tissage sergé bien mieux déformable que le roving qui est un taffetas.

Pour une rigidité totale et moins de tissu, il faut opter pour du carbone sergé, calcul à faire concernant rigidité-poids-coût par rapport à un roving ou une silionne.

je ne suis pas sûr toutefois de comprendre ce que vous entendez par "avant de stratifier"... C'est parce que la varangue est intégrée au stratifié ? Je pensais installer les varangues après avoir stratifié, ça me semble plus pratique.

Vous fabriquez votre coque puis vous fabriquez en dehors les varangues. Ensuite vous les stratifiez à la coque en prenant soin de laisser un fin vide entre coque et varangue et en appliquant vos tissus de liaison du moins large au plus large pour répartir les efforts. Il faut avant de stratifier, faire des joints-congé qui permettent de maintenir les varangues en place et surtout de casser les angles droits.

Joint-congé :

chevauchement de la liaison :
Dans votre cas les tissus sont répartis de chaque côté de la varangue

[LE MODELEUR]

Je viens compléter un peu la réponse d'ISATIS car nous tavaillons de plus en plus sur des modèles et des moules en impression 3D fil ou résine.
Sur les impression fil (ABS, PLA, ASA...) l'idéal est d'appliquer une peinture époxy à base solvant pour garantir une bonne accroche, il faudra bien sûr poncer cette peinture avant de venir stratifier avec une époxy classique: https://www.boutique.resines-et-moulage ... noire.html
J'ai repris le sujet et peut être que je suis passé à coté et que ce n'est pas possible dans votre cas mais pour moi l'idéal serait de stratifié intérieur et extérieur de façon à créer un sandwich qui sera beaucoup plus résistant et qui en lèvera tous les risque délaminage et donc les risques de fuite.
Je ne vois pas bien l'intérêt d'utiliser un MAT mis à part si vos pièces sont trop flexible, mais pour moi il serait plus simple de travailler uniquement avec des tissus silionne et de porter un soin particulier à l'orientation des fibre. Eventuellement utiliser des unidirectionnelles pour renforcer localement.
Concernant le nombre de couche difficile de répondre car il faut prendre en compte les formes, la résistance du matériaux imprimé, et de la stratification. Si vous partez sur une stratification intérieur et extérieur je pense qu'un kilo de verre par m² serait suffisant.

[bayard]

Bonjour,

Merci beaucoup pour ces conseils. C'est noté pour le silionne, je partirai là dessus. Je pourrai essayer 4 couches de 300g/m² ou 5-6 de 200g/m². J'ai fait une éprouvette en ASA de 2 mm d'épaisseur par couches de 0.12 mm, ça donne une bonne souplesse, une bonne résistance et pas de porosité apparente, c'est encourageant. J'ai vu que certains obtenaient une étanchéité parfaite en appliquant une simple couche de peinture dessus, je ferai peut être comme ça.

Pour le silionne, il faut compter 100 à 150% du poids en résine ? On obtient à peu près quelle épaisseur de couche sur les grammages ci-dessus ?

Faire un stratifié des deux côtés... je suis d'accord que ça semble efficace au niveau mécanique. J'y perds un peu sur la finesse de la géométrie de surface et la protection aux UV (c'est certes secondaire), mais le point qui me gène davantage concerne l'assemblage final, car j'aimerai profiter de l'impression pour y intégrer des géométries destinées à faciliter l'insertion de superstructures amovibles, comme le "rouf" par lequel j'accède à l'intérieur... Je n'ai pas encore de dessin de ces détails, j'aviserai une fois que tout ça sera précisé. Je me garde toutefois l'idée sous le coude.

Je pense que je vais faire un essai en appliquant directement l'epoxy sur l'imprimé avant de voir s'il est nécessaire d'utiliser une peinture d'accrochage. Pour être tout à fait honnête, j'essaie de viser un budget minimal, ça m'embêterait d'acheter un volume de peinture au même prix que la résine, pour en laisser les trois quarts dans le pot, puisque je n'ai pas d'autre utilisation en vue... Merci tout de même pour le conseil !

Plus qu'à finir le modèle sur logiciel pour connaître la surface exacte à stratifier... et place à la pratique

[isatis]

Pour le silionne, il faut compter 100 à 150% du poids en résine ? On obtient à peu près quelle épaisseur de couche sur les grammages ci-dessus ?

Vous multipliez le poids total de verre à stratifier par 2,5.

……… Pour être tout à fait honnête, j'essaie de viser un budget minimal, ça m'embêterait d'acheter un volume de peinture au même prix que la résine, pour en laisser les trois quarts dans le pot, puisque je n'ai pas d'autre utilisation en vue... Merci tout de même pour le conseil !

Une peinture technique est fort chère effectivement. Vous pouvez tenter des essais avec une peinture du commerce qualifiée pour fer, vous lisez bien la notice qui doit dire qu'elle contient des huiles d'uréthanne. C'est moins performant et il faut refaire régulièrement mais ça peut alléger un peu le budget peut-être.

[bayard]

Une peinture technique est fort chère effectivement. Vous pouvez tenter des essais avec une peinture du commerce qualifiée pour fer, vous lisez bien la notice qui doit dire qu'elle contient des huiles d'uréthanne. C'est moins performant et il faut refaire régulièrement mais ça peut alléger un peu le budget peut-être.

Bonjour,

Merci de la suggestion, c'est très aimable. Je devrai pouvoir trouver ça facilement. Il me reste un stock de peinture interdeck polyuréthane, je ne sais pas si ça peut fonctionner, je ferai un test.