Filaments pour imprimante 3D : lesquels choisir ?

Source : 3dnatives.com

Comment choisir les filaments pour votre imprimante 3D ? Quelles caractéristiques doivent être prises en considération ? La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est l'un des procédés d'impression 3D les plus répandus sur le marché en raison de sa facilité d'utilisation, de son accessibilité et de ses performances. Il est surtout connu pour être compatible avec diverses thermoplastiques, c'est-à-dire des matériaux capables de s'assouplir sous l'effet de la chaleur et qui reprennent leur forme initiale une fois refroidis. Pour pouvoir être extrudées par l'imprimante 3D, ces thermoplastiques sont transformées en un filament qui peut être guidé et fondu par l'extrudeur. Aujourd'hui, la plupart des plastiques du secteur peuvent subir cette transformation, élargissant ainsi l'éventail des possibilités à disposition.

Avant de passer aux différents filaments pour imprimante 3D qui existent sur le marché de la fabrication additive, il est important de comprendre comment les plastiques sont classés, une première étape fondamentale qui vous aidera à mieux appréhender les matériaux disponibles et leurs caractéristiques. Aujourd'hui, il existe ce qu'on appelle des plastiques amorphes ou semi-cristallins : ces adjectifs définissent la structure intermoléculaire du polymère, selon la façon dont ils réagissent lorsqu'ils se solidifient après fusion.

En particulier, les chaînes des plastiques amorphes s'enchevêtrent et restent désordonnées lors de la phase de solidification. À l'inverse, les chaînes des plastiques semi-cristallins s'organisent et se disposent les unes par rapport aux autres. Il en découle des propriétés différentes : les matériaux amorphes, par exemple, sont généralement plus transparents et ont une moindre stabilité dimensionnelle. Enfin, un autre point important qui classe la famille des plastiques est la température de fusion : les plastiques standard auront une température plus basse que les dits matériaux techniques. Les polymères à hautes performances, en revanche, nécessitent une gestion thermique plus avancée, avec des températures de fusion avoisinant les 300 °C (572 °F).

Filaments standard pour imprimantes 3D

Le PLA

Le PLA, ou acide polylactique, est un matériau semi-cristallin issu de sources renouvelables, généralement de l'amidon de maïs. Contrairement à la plupart des plastiques issus de l'industrie pétrolière, le PLA est considéré comme plus écologique car, dans les bonnes conditions, il est biodégradable. Il s'agit d'un filament pour imprimantes 3D très facile à utiliser, c'est pourquoi il est très populaire sur le marché de l'impression 3D. Compatible avec les produits alimentaires, sa température d'extrusion est généralement de 180 °C. Il possède une bonne stabilité géométrique et n'est généralement pas sujet au gauchissement. Il est principalement utilisé pour le prototypage, l'usinage mécanique, les pièces décoratives ou dans le secteur médical. Le PLA est disponible dans une large gamme de couleurs et est souvent utilisé comme matrice pour les matériaux composites.

Le polypropylène

Le PP est l'un des matériaux les plus utilisés dans le moulage par injection, reconnu pour sa légèreté, sa résistance aux agents chimiques et à la fatigue, ainsi que pour son bon isolement électrique. On le trouve également sous forme de filament pour imprimantes 3D ; il offre une bonne résistance aux chocs, une bonne étanchéité aux gaz et une semi-rigidité. Il convient toutefois de noter qu'il est assez difficile à imprimer, étant donné qu'il n'adhère pas au plateau. Il possède des points de fusion très précis et nécessite une excellente gestion thermique. En termes d'applications, le filament PP est utilisé pour le packaging, les clips et dispositifs de fixation, les contenants de liquides, etc.

ABS : l'un des filaments pour imprimantes 3D les plus utilisés

Cette fois-ci, nous passons à une structure amorphe : l'ABS est un filament connu pour sa résistance aux chocs à basse température et pour sa légèreté. Il n'est pas toujours facile de classer ce matériau : on le trouve parfois dans la partie technique de la pyramide et il est moins facile à travailler que le PLA, par exemple. Dans l'impression 3D, il est sujet au gauchissement, c'est pourquoi il nécessite l'utilisation d'un plateau chauffant. Ses propriétés en font le matériau idéal pour la production de prototypes fonctionnels, de pièces d'outillage souvent sollicitées ou la fabrication de moules. L'ABS est l'un des filaments pour imprimante 3D les moins coûteux et donc l'un des plus utilisés.

Filaments techniques

Nylon

Le nylon, également connu sous le nom de polyamide (PA), est présent sur le marché de la fabrication additive principalement sous forme de poudre pour la technologie SLS. Toutefois, on peut le trouver sous forme de filaments, disponible avec 6 atomes de carbone, donc PA6. Ce dernier est similaire à l'ABS et nécessite à son tour un plateau chauffant car il n'adhère pas de manière optimale. Le PA6 est reconnu pour sa résistance aux chocs et à l'abrasion, ainsi que pour sa flexibilité. Il possède une durée de vie plutôt longue, idéale pour la production de pièces telles que des charnières, des composants de machines et des outils. Il peut être renforcé avec des fibres de carbone ou de verre. Il convient de noter que le nylon est un matériau qui absorbe l'humidité, il est donc important de le stocker dans un endroit sec.

PET, un filament plus technique pour imprimantes 3D

Le PET est un matériau très connu car il est utilisé pour produire les bouteilles en plastique. Dans l'impression 3D, il est mieux connu sous forme de PETG, c'est-à-dire avec l'ajout de glycol afin de réduire son aspect friable. Il est principalement reconnu pour sa transparence et pour sa compatibilité avec les aliments. Par exemple, de nombreux packagings et contenants sont imprimés avec du PETG. C'est une bonne alternative au PLA ou à l'ABS.

Le POM

Le polyoxyméthylène, ou POM, est un matériau semi-cristallin qui est de plus en plus utilisé dans l'impression 3D. Il est doté d'excellentes propriétés chimiques, est résistant à la chaleur, aux chocs et à l'abrasion. Le POM peut être utilisé dans l'impression 3D pour diverses applications, comme par exemple la production de boucles de sacs à dos, de composants qui doivent être exposés à la chaleur ou d'engrenages. C'est toutefois un filament assez difficile à imprimer car il nécessite une bonne gestion thermique – plateau, extrudeur et chambre. Il faut également noter qu'il existe peu de fabricants de ce type de filament pour imprimantes 3D par rapport à des matériaux comme le PLA ou l'ABS.

Polycarbonate, un filament amorphe pour imprimantes 3D

Le polycarbonate (PC) est principalement utilisé pour sa résistance et sa transparence. Ce n'est pas une thermoplastique facile à imprimer car il nécessite des températures d'extrusion plus élevées et un plateau chauffant. Il est particulièrement populaire dans l'industrie optique car il est moins dense que le verre et peut supporter des températures allant de -150 à 140 °C (-238 °F à 284 °F). Typiquement, les écrans de protection et les pièces optiques peuvent être imprimés en 3D avec du polycarbonate. Ce filament pour imprimantes 3D devient de plus en plus courant dans la gamme de produits offerte par les fabricants du secteur.

Thermoplastiques à hautes performances

Cette dernière catégorie de polymères est connue pour être plus exigeante : les thermoplastiques qu'elle contient nécessitent des températures de fusion élevées et ont des caractéristiques qui se rapprochent de celles de certains métaux. Dans la fabrication additive, ces filaments nécessiteront une température d'extrusion élevée, un plateau chauffant et une chambre fermée. La gestion thermique est fondamentale pour ce type de matériau.

Les semi-cristallins

Le PEEK est probablement le plus courant parmi les filaments pour imprimantes 3D dans cette catégorie. Appartenant à la famille du PAEK, il nécessite une température d'extrusion d'environ 400 °C (752 °F), un plateau capable d'atteindre 230 °C (446 °F) et une chambre chaude à 120 °C (248 °F). Le PEEK est reconnu pour son rapport poids/résistance et peut supporter des températures élevées. Il peut être stérilisé, ce qui en fait le matériau privilégié pour l'impression d'implants personnalisés. Il s'agit d'un filament pour imprimantes 3D plutôt coûteux qui nécessite également une certaine maîtrise du processus d'impression 3D.

Le PPS est également un semi-cristallin à hautes performances, reconnu pour sa résistance chimique et pour ses propriétés mécaniques. Il est principalement utilisé dans les secteurs de l'automobile, du pétrole et du gaz, ainsi que de l'électronique. Sa température d'extrusion avoisine les 300 °C (572 °F) ; il nécessite également un plateau chauffant et une chambre fermée.

Filaments amorphes haute température

Dans cette catégorie, nous pouvons tout d'abord mentionner le PEI, un filament pour imprimantes 3D désormais commercialisé par SABIC sous la marque ULTEM. Moins coûteux que le PEEK, il répond aux normes incendie/fumée, ce qui en fait le matériau idéal pour le secteur aérospatial. Le PEI est également résistant aux fluides, aux hydrocarbures, aux alcools et aux solutions aqueuses dans le domaine automobile. Il peut être stérilisé et est compatible avec le contact alimentaire.

Enfin, nous ne pouvons pas oublier la famille des sulfones, notamment le PPSU et le PSU. Ce sont des thermoplastiques très intéressants en termes de propriétés thermiques et de caractéristiques incendie/fumée. Ils possèdent également un bon isolement électrique et de bonnes propriétés diélectriques. Ce sont des matériaux populaires dans le secteur des transports, y compris ferroviaire, aérospatial et automobile.

Filaments composites et flexibles pour imprimantes 3D

Enfin, il est important de mentionner les filaments composites et les matériaux élastiques. Les matériaux composites sont des matériaux formés d'une matrice (PLA, nylon, polycarbonate, etc.) et renforcés par des fibres, le plus souvent de carbone. On peut également utiliser du verre, de l'aramide, etc. Cela augmente la résistance du filament tout en optimisant son poids.

Enfin, des filaments pour imprimante 3D flexibles comme le TPU font partie de l'offre de matériaux FDM. Ce sont des matériaux connus pour leur résistance à l'usure et aux chocs. Ils sont particulièrement intéressants dans la production de pinces ou de semelles orthopédiques ; ils sont toutefois sensibles aux températures élevées.