Filaments biosourcés : le PLA Almond est né

Dans les laboratoires Crea3D, l'innovation se conjugue à durabilité, et le expérimentation Les nouveaux matériaux pour l’impression 3D représentent l’un des sujets fondamentaux sur lesquels se concentrer. C'est dans cet esprit qu'est né un projet alliant biotechnologie, économie circulaire et fabrication additive : la création d'un filament composite PLA, obtenu en renforçant la matrice polymère avec poudre dérivée de coques d'amandes, un déchet agroalimentaire couramment disponible mais sous-évalué.

L’objectif de cette recherche est double : d’une part, étudier les potentiel technique et mécanique d'un matériau composite biosourcé ; d'autre part, pour démontrer concrètement comment un approche circulaire peut également être appliqué dans le secteur de l'impression 3D, contribuant à réduire l'impact environnemental des matières plastiquesceux couramment utilisés.

 

 

Le projet a été mené dans le cadre d'un stage curriculaire en collaboration avec le Polytechnique de Bari, qui s'occupera des tests de performance, impliquant un étudiant du cours Génie mécanique, qui a participé activement à toutes les phases de l'expérimentation, depuis la préparation des matières premières jusqu'à la caractérisation mécanique des spécimens imprimés.

Le choix d’utiliser les déchets agroalimentaires comme renfort pour les matériaux polymères découle d’une réflexion plus large sur l’économie circulaire et la nécessité d’une réduire l'utilisation de matières premières vierges. LE coquilles d'amandes, normalement considérés comme des déchets agricoles, représentent en réalité une ressource intéressante pour leur structure fibreuse et la facilité avec laquelle ils peuvent être transformés en poudres compatibles avec des matrices thermoplastiques telles que le PLA. L'objectif n'est pas seulement technique, mais aussi éthique : créer des matériaux à faible empreinte environnementale, capables de répondre aux besoins d'application sans compromettre la durabilité des processus productif.

L’un des éléments clés du projet est l’utilisation d’un extrudeuse de la marque 3devo, une plateforme avancée pour la production de filaments expérimentaux. Cet outil s’est avéré essentiel pour garantir la qualité, la répétabilité et la précision requises dans un contexte de recherche et développement.

 

 

Le flux de travail expérimental

Afin de garantir la reproductibilité et la validité des résultats, un flux de travail détaillé et méthodique a été défini, qui comprenait les étapes suivantes :

1. Préparation de fibres naturelles
Les coques d’amandes ont d’abord été soumises à une étape de concassage mécanique, suivie d’un broyage fin. Le matériau obtenu a ensuite été tamisé avec une maille calibrée pour obtenir une poudre de granulométrie inférieure à 0,4 mm, valeur choisie pour optimiser la compatibilité avec le PLA lors de l'extrusion et réduire les risques de colmatage.

2. Séchage et mélange
Pour éviter la dégradation ou les bulles lors de l'extrusion, les granulés de PLA et la fibre d'amande ont été séchés à une température contrôlée. Le mélange a été préparé dans une proportion de 95% PLA – 5% fibre, en dosant les matériaux avec des balances de précision et en les mélangeant uniformément avant de les charger dans la trémie.

 

 

3. Extrusion
L'extrusion du filament composite a nécessité un étalonnage minutieux des paramètres. Grâce aux quatre zones de chauffage indépendantes, il a été possible de définir un profil thermique progressif et spécifique pour le mélange. La surveillance du diamètre en temps réel a assuré la production d'un filament constant de 1,75 mm, un paramètre clé pour l'impression FDM. Le logiciel dédié a permis d'enregistrer des données détaillées sur les températures, les vitesses de vis et la stabilité du processus, offrant un support précieux pour toutes les itérations futures.

4. Optimisation et stabilisation des processus
Lors des premiers essais, des difficultés de dispersion homogène de la fibre à l'intérieur de la matrice polymère ont été mises en évidence, avec pour conséquence des fluctuations du diamètre du filament. Grâce à des optimisations ultérieures – tant dans la phase de mélange que dans la régulation de la température – il a été possible d’obtenir un produit stable, prêt à être imprimé.

5. Contrôles de qualité sur le filament
Le filament obtenu a été soumis à des contrôles dimensionnels avec un pied à coulisse numérique et à une analyse visuelle pour évaluer l'homogénéité de la distribution des fibres. Une fois validé, il a été utilisé pour imprimer des échantillons standardisés pour des essais mécaniques.

 

 

L'élément clé de l'expérimentation : les extrudeuses 3devo

Le succès de cette activité expérimentale a également été rendu possible grâce à l’utilisation d’un extrudeuse 3devo, une machine compacte mais hautement professionnelle, spécialement conçue pour la production et le développement de filaments personnalisés. Sa configuration avancée en fait un outil idéal pour les activités de recherche et développement, tant dans les milieux académiques qu'industriels.

Parmi ses principales caractéristiques, on peut citer :

• Quatre zones de chauffage indépendantes, qui permettent un contrôle précis et modulaire du profil thermique le long de la vis. Ceci est essentiel lorsque vous travaillez avec des matériaux composites, où vous devez garantir une fusion uniforme et régulière du polymère et de la charge.
• Surveillance en temps réel du diamètre du filament, avec réglage dynamique pour maintenir constamment la taille souhaitée (1,75 mm dans notre cas). Cela garantit une qualité d'extrusion élevée, évitant le gaspillage et simplifiant la phase d'impression suivante.
• Logiciel propriétaire pour l'acquisition de données, qui vous permet de visualiser, d'enregistrer et d'analyser des paramètres clés tels que la température, la vitesse de la vis, la pression et la consistance du diamètre. Cette fonctionnalité est particulièrement utile dans les contextes expérimentaux, où la traçabilité des données est essentielle pour l’optimisation et la reproductibilité des processus.
• Préréglages personnalisables pour chaque matériau, qui facilitent le passage d’une formulation à une autre et permettent de reproduire des conditions optimales lors de tests futurs.

Au cours de nos tests, l'extrudeuse a démontré grande fiabilité, précision et polyvalence, facilitant chaque étape de la production de filaments. Même en présence de matériaux non conventionnels, tels que la fibre dérivée de coquilles d'amandes, le système a bien répondu aux ajustements, soutenant à la fois la phase d'exploration initiale et l'optimisation finale.

Pour les laboratoires, universités, startups ou entreprises qui souhaitent développer des matériaux innovants, les extrudeuses 3devo représentent une outil stratégique: compact mais professionnel, simple à utiliser mais hautement configurable, conçu pour ceux qui font de véritables expérimentations et veulent passer rapidement du concept au prototype.

 

 

Considérations sur les résultats

Au moment de la rédaction de cette étude de cas, le processus a atteint une étape clé : la production d'éprouvettes normalisées pour essais mécaniques, qui sera réalisée à un stade ultérieur. Des essais de traction et des analyses quantitatives permettront d'évaluer objectivement la contribution réelle de la fibre d'amande aux propriétés mécaniques du PLA, mais ces données ne sont pas encore disponibles.

 

 

Malgré cela, certains observations qualitatives sur le filament déjà obtenu nous permettons de tirer d'intéressantes considérations préliminaires. Le matériel présente un bonne stabilité dimensionnelle lors de l'impression et n'a montré aucun problème de colmatage ni d'irrégularités de débit. En outre, le finition de surface du filament, légèrement rugueux et chaud au toucher, rappelle par certains aspects le bois naturel, conférant aux pièces imprimées un aspect esthétique distinctif.

Cette fonctionnalité ouvre des applications possibles dans le domaine de conception durable et des articles ménagers, où leaspect visuel et sensoriel du matériel peut représenter une valeur ajoutée. Même en l'absence de performances mécaniques supérieures au PLA vierge, le filament renforcé à la poudre d'amande pourrait en effet justifier son utilisation dans projets privilégiant l'esthétique, tactilité et faible impact environnemental.

 

 

Conclusions et développements futurs

Cette expérience a démontré la faisabilité technique et la valeur scientifique de l’utilisation des déchets agroalimentaires comme renfort de polymères biodégradables en impression 3D. L'extrudeuse 3devo a joué un rôle central, offrant le contrôle et la flexibilité nécessaires pour développer de nouveaux matériaux avec un haut degré de précision.

Le projet représente une première étape vers la création de filaments biocomposites personnalisés, où la durabilité n’est pas une limitation mais une opportunité. Les prochaines étapes de la recherche comprendront :

• L'exploration de différents pourcentages de charge de fibres pour optimiser les propriétés mécaniques.
• L'utilisation de autres déchets organiques (comme des noyaux de fruits, des balles de riz ou du marc de café) comme charges alternatives.
• Une analyse comparative de laimpact environnemental tout au long du cycle de vie du matériau.

Grâce à la synergie entre la technologie de pointe, la recherche universitaire et l’attention portée à la durabilité, nous pensons que des projets comme celui-ci peuvent constituer la base d’une nouvelle génération de matériaux d’impression 3D : plus écologiques et tout aussi performants.