Technologie Hyper Core : Impression Haute Vitesse avec Filaments Renforcés

La technologie Hyper FFF® de Raise3D est un système complet d’impression 3D à grande vitesse qui combine des améliorations matérielles, logicielles et des matériaux spéciaux pour augmenter la productivité sans sacrifier la qualité. Dans ce contexte, la gamme de filaments Hyper Core a été développée, une nouvelle génération de matériaux composites renforcés (avec fibres de carbone ou de verre) conçus spécifiquement pour l’impression rapide avec Hyper FFF. Les filaments Hyper Core présentent une distribution optimisée des fibres : elles sont concentrées dans un noyau interne thermiquement conducteur recouvert d’une couche externe de polymère pur. Cette conception accélère la fusion du filament et maintient l’extérieur exempt de fibres saillantes.

Image 1 : Coupe transversale montrant les couches du filament Hypercore. Source : Raise3D

Avantages par rapport aux filaments renforcés traditionnels

Imprimer à grande vitesse avec des filaments composites classiques présente des défis importants. Pour les filaments renforcés standard, la viscosité de fusion augmente considérablement, ce qui complique l’extrusion et limite la vitesse pratique. De plus, le phénomène de « noyau froid » peut survenir : la couche externe du filament fond avant le cœur, laissant un noyau non fondu et provoquant une adhésion inter-couches faible. Cela réduit la résistance mécanique et accélère l’usure de la buse à cause des fibres abrasives exposées.

La technologie Hyper Core atténue ces problèmes grâce à sa conception innovante : en concentrant les fibres dans le noyau interne et en laissant le périmètre extérieur en polymère pur, elle assure une haute conductivité thermique interne. Lors de l’extrusion à grande vitesse, le noyau riche en fibres accélère la fusion complète du filament et retient la chaleur résiduelle, favorisant une soudure plus uniforme entre les couches. En conséquence, les pièces imprimées gagnent en résistance dans la direction Z et en qualité de surface. De plus, sans fibres abrasives à la surface, l’usure de la buse diminue et la surface de l’objet reste lisse. Globalement, Hyper Core permet d’imprimer plus rapidement et avec de meilleures performances mécaniques que les composites traditionnels.

• Meilleur flux à grande vitesse : la distribution optimisée des fibres et la matrice thermoplastique externe réduisent la viscosité du filament fondu, permettant des vitesses d’impression beaucoup plus élevées sans bouchons.
• Adhésion inter-couches supérieure : la chaleur retenue dans le noyau interne facilite le durcissement du matériau entre les couches, augmentant la résistance sur l’axe Z.
• Plus grande résistance et rigidité en Z : la fibre alignée au centre renforce la structure verticale de la pièce. Des modules élastiques élevés ont été mesurés (ex. ~6,6 GPa en PPA GF25) et une résistance à la traction élevée.
• Moindre usure de la buse : la couche externe pure protège la tête d’impression du contact direct avec les fibres, réduisant l’usure.
• Pièces sans déformations : la construction spéciale et la stabilité du matériau réduisent le warping comparé aux filaments renforcés classiques.
• Finition de surface améliorée : la surface des objets imprimés reste lisse et prête pour le post-traitement (ponçage, lissage à la vapeur) sans fibres saillantes.

Image 2 : Tableau comparatif entre les matériaux Hypercore et traditionnels. Source : Raise3D

Matériaux Hyper Core disponibles

La famille Hyper Core comprend plusieurs filaments renforcés destinés à différentes applications industrielles. Tous sont disponibles sur filament2print et formulés pour être compatibles avec Hyper FFF®. Les principaux sont :

• Hyper Core PPA CF25 : filament PPA (polymère haute performance) renforcé avec 25% de fibres de carbone. Il offre une grande rigidité et résistance mécanique, idéal pour des pièces devant supporter des charges importantes. Les fibres de carbone augmentent la résistance à la traction et la stabilité thermique, permettant de travailler à haute température sans dégradation du matériau. Parfait pour des applications finales exigeantes, comme les composants structurels de machines et les moules légers.
• Hyper Core PPA GF25 : filament PPA renforcé avec 25% de fibres de verre. Il offre une rigidité et une résistance thermique similaires au CF25, mais avec une meilleure résistance aux chocs et une moindre propension au warping. La forte teneur en fibres de verre (6,6 GPa de module élastique et ~189 °C de résistance thermique) garantit une stabilité dimensionnelle dans les applications soumises à des vibrations ou chocs. Recommandé pour les pièces structurelles dans les secteurs automobile, aérospatial et fabrication avancée.
• Hyper Core ABS CF15 : filament ABS (terpolymère d’ingénierie) renforcé avec 15% de fibres de carbone. Combinant la ténacité et la processabilité de l’ABS avec la rigidité supplémentaire des fibres, il produit des pièces durables et légères. Il conserve la résistance aux chocs, la stabilité chimique et la faible absorption d’humidité de l’ABS, tandis que la distribution spéciale des fibres améliore la résistance en Z et prolonge la durée de vie de la buse. Adapté pour la production en série et les prototypes fonctionnels nécessitant un bon compromis entre performances mécaniques et coût contrôlé.

En général, tous les filaments Hyper Core sont conçus pour des applications industrielles à haute performance, où il est nécessaire d’imprimer des pièces solides à grande vitesse sans compromettre la qualité.

Imprimantes Raise3D compatibles avec Hyper Core

Pour tirer parti des filaments Hyper Core, un matériel conçu pour de grandes vitesses et une résistance au matériau est requis. Les modèles Raise3D compatibles sont actuellement :

• Raise3D Pro3 HS Series – Imprimante à double extrusion haute vitesse (jusqu’à 300 mm/s) prête pour Hyper FFF.
• Raise3D Pro3 Series avec Hyper Speed Upgrade Kit – Modèles Pro3 standard améliorés avec le kit activant l’impression ultra-rapide.
• Raise3D RMF500 – Imprimante industrielle grand format à double extrusion, conçue pour les filaments renforcés (compatibilité avec profils Hyper Core).

Ces machines disposent d’extrudeurs renforcés et d’un contrôle thermique avancé pour gérer les hautes températures et contraintes d’extrusion des matériaux Hyper Core.

Applications industrielles réelles

Les filaments Hyper Core ont été adoptés dans divers secteurs industriels où la vitesse de fabrication et la robustesse des pièces sont cruciales. Parmi les applications notables :

Image 3 : Les matériaux Hypercore sont déjà utilisés dans l’automobile et d’autres industries. Source : Raise3D

Automobile : création de composants fonctionnels résistants et légers. Par exemple, collecteurs d’admission, poulies de courroie et pièces aérodynamiques de carrosserie (splitters, diffuseurs) produites en plastique renforcé. Les éléments structurels internes et externes (châssis de sièges, mécanismes de porte) et les parties des systèmes de refroidissement (turbines, réservoirs de fluides) sont également imprimés, tirant parti de la bonne stabilité thermique des Hyper Core. Ces pièces améliorent le rapport résistance/poids et permettent d’itérer rapidement les conceptions fonctionnelles.

Aérospatial : fabrication de pièces pour cabine et fuselage nécessitant une haute résistance thermique et mécanique. Par exemple, boutons, loquets de compartiments à bagages, ancrages de sièges ou couvertures légères pour antennes/capteurs. Les composants HVAC (conduits et grilles) et supports internes sont également imprimés, devant résister à des variations de pression et de température. La production rapide avec Hyper Core facilite l’itération de prototypes et la production de petites séries personnalisées.

Fabrication avancée : production de gabarits, fixtures et outils industriels ainsi que de prototypes fonctionnels. Grâce à leur haute résistance et précision dimensionnelle, les Hyper Core permettent de produire des outils sur mesure (guides, modèles) et des pièces finales pour tests dans des secteurs comme la machinerie industrielle, l’électronique robuste et les dispositifs électriques.

Ces applications démontrent la capacité des filaments Hyper Core à répondre à des besoins exigeants dans les secteurs automobile, aérospatial, machinerie ou électronique haut de gamme, offrant une impression rapide sans compromettre les performances.

Comparaison avec les filaments composites classiques

Le tableau suivant résume les principales caractéristiques des filaments Hyper Core par rapport aux filaments renforcés traditionnels :

Cette comparaison montre que les Hyper Core permettent d’imprimer plus rapidement et d’obtenir des pièces avec meilleure cohésion entre couches, plus de rigidité et un meilleur fini, au prix de machines plus spécialisées.

Vidéo 1 : Impression à haute vitesse avec filament Hypercore ABS CF15. Source : Raise3D