Impression 3D à base de bois : recherches menées en Suisse

Le 5 septembre 2019
Production d’échantillons de filament à base de lignine dans un micromélangeur.

Imprimer en 3D à base de bois ? C’est l’objectif que se sont fixé trois instituts de recherche de la Haute école spécialisée bernoise BFH et leur partenaire économique. Des possibilités intéressantes se dessinent pour le secteur de la menuiserie et de la construction en bois. Cette technique doit toutefois être encore perfectionnée. 

Certains procédés de fabrication additive permettent de créer des prototypes, des petites séries ou des produits personnalisés en se basant sur des jeux de données de CAO ou sur des modèles 3D. Les substances et méthodes utilisées pour cela sont très variées : on peut recourir à un matériau de départ solide, par exemple en faisant fondre des filaments de thermoplastique enroulés autour d’une bobine pour procéder à une impression 3D ; on peut également employer des matériaux sous forme de poudre (impression par liage de poudre, notamment) ou sous forme liquide (polymères, par exemple).

Actuellement, la BFH développe une impression 3D à base de bois. Son but est de mettre au point une technologie dans laquelle le bois ne sert pas seulement de matériau de remplissage d’un filament de plastique ou d’agrégat dans un système minéral, mais constitue le composant principal du système de matériaux. Les procédés d’impression de ce type pourraient permettre de fabriquer des produits personnalisés à base de bois pour la décoration d’intérieur, la menuiserie ou la construction en bois. Pour atteindre cet objectif, trois instituts de la BFH se sont alliés à un partenaire économique : l’Institut des matériaux et de la technologie du bois, l’Institut de l’économie numérique de la construction et du bois, ainsi que l’Institut de technologie de l’impression. La grande diversité des procédés d’impression 3D permet différentes approches en matière de technologies basées sur le bois.

Les différences importantes qui existent par rapport aux processus de production usuels de l’économie du bois posent toutefois des difficultés pour la mise en oeuvre de systèmes de matériaux à base de bois imprimables en 3D. Notamment, les températures, les durées et les pressions qui sont utilisées dans la production classique de matériaux à base de bois afin de comprimer et de faire durcir le mélange de particules et de liant ne sont pas imaginables pour l’impression en 3D. Il n’est donc pas possible de transférer simplement les technologies existantes vers ces nouvelles applications. Différentes approches basées sur le dépôt de fil fondu (fused deposition modelling FDM) font l’objet de tests. Les systèmes d’impression à filament à base de lignine – l’une des trois substances structurelles du bois – constituent ainsi une piste à suivre. Pour cela, la lignine technique épurée, qui est de plus en plus disponible grâce à l’extension des capacités de production industrielles, peut être modifiée sur le plan chimique de manière à ce qu’on puisse l’utiliser comme thermoplastique pour la fabrication de filaments. Une autre approche consiste à combiner des fibres ou des copeaux avec un liant dans des procédés par extrusion, un peu comme ce qui se fait pour l’impression 3D à base de béton. Là aussi, la difficulté consiste à choisir le liant approprié, parce que les plastiques thermodurcissables utilisés habituellement dans la production de matériaux en bois ne peuvent pas être employés pour des raisons de technique des procédés. Dans ce contexte, il est possible de recourir à des liants à base de bois, comme la cellulose ou les adhésifs de tanins, avec toutefois des restrictions importantes, parce que ces procédés prennent du temps et que de l’eau s’échappe pendant le séchage, ce qui induit une baisse de volume.

Texte et photo : Dr Ingo Mayer et Dr Karl-Heinz Selbmann, www.spirit.bfh.ch

Photo : Production d’échantillons de filament à base de lignine dans un micromélangeur.

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