Guide des matériaux pour l'impression 3D : les plastiques

Source : 3dnatives.com

Les plastiques comptent parmi les matériaux les plus utilisés pour l’impression 3D. Grâce à leur facilité de production, leur polyvalence et leur imperméabilité, ainsi qu'à leur faible coût, les plastiques sont employés dans une multitude de produits et de secteurs, celui de l’Additive Manufacturing ne faisant pas exception. Voyons ensemble, en détail, quelles sont les caractéristiques et les applications de ces matériaux. Un plastique est un matériau fabriqué à partir de composés synthétiques ou semi-synthétiques qui a la propriété d’être malléable (de changer de forme). La plupart des plastiques présents sur le marché sont entièrement synthétiques, c'est-à-dire dérivés d'éléments pétrochimiques. Cependant, compte tenu de la préoccupation croissante pour l'environnement, les plastiques dérivés de matériaux renouvelables comme l'acide polylactique (PLA) sont eux aussi populaires sur le marché.

Dans le guide suivant, nous allons jeter un œil aux plastiques les plus courants pour l’impression 3D. Comme vous le savez, le processus d'impression 3D le plus populaire et économique, le FDM, produit des pièces par l'extrusion de filaments de plastique. Toutefois, la précision sur les machines FDM n'est pas la même que pour d'autres procédés comme le SLS ou le SLA. Ainsi, pour les pièces industrielles et l'utilisation finale, les fabricants optent davantage pour les technologies SLS (en utilisant des poudres polymères) ou SLA (en utilisant des résines polymères), qui offrent une plus grande précision et une meilleure qualité dans les pièces réalisées. D'autres technologies d’impression 3D avec lesquelles les plastiques peuvent être utilisés sont le Material Jetting et le Multi Jet Fusion.

Mais quels plastiques peuvent être utilisés dans la fabrication additive ? Sous forme de filaments ou de poudre, le plastique doit être fondu pour former l'objet imprimé couche par couche. Sous forme de résine, il doit être solidifié pour former l'objet. Chaque plastique nécessitera des paramètres d'impression 3D différents pendant le processus de production et conférera aux pièces des propriétés différentes. Nous proposons ci-dessous un aperçu des différents matériaux plastiques qui peuvent être utilisés dans l'impression 3D.

ABS : le filament le plus utilisé parmi les plastiques pour l’impression 3D

Les filaments d'ABS sont les plus utilisés dans l'impression 3D. On les utilise dans la carrosserie des automobiles, les appareils électroménagers et les boîtiers de téléphones portables. Il s'agit d'un thermoplastique qui contient une base d'élastomères à base de polybutadiène, ce qui le rend plus flexible et résistant aux chocs. L'ABS se trouve également sous forme de poudre pour les processus à lit de poudre comme le SLS et sous forme liquide pour les technologies SLA et PolyJet. L'ABS est utilisé en impression 3D à une température comprise entre 230 et 260 °C. Il s'agit d'un matériau résistant, capable de supporter facilement des températures de -20°C à 80°C. Outre sa haute résistance, c'est un matériau réutilisable et il peut être soudé par des procédés chimiques. Cependant, l'ABS n'est pas biodégradable et il se contracte au contact de l'air ; le plateau d'impression doit donc être chauffé pour éviter les déformations. De plus, il est recommandé d'utiliser une imprimante 3D à enceinte fermée pour limiter l'émission de particules lors de l'impression avec l'ABS. Pour plus d'informations, nous vous renvoyons à notre guide sur l'ABS.

PLA

Connu sous le nom d'acide polylactique ou PLA, ce matériau a l'avantage d'être biodégradable, contrairement à l'ABS. Le PLA est fabriqué à partir de matières premières renouvelables comme l'amidon de maïs. Le PLA est l'un des matériaux les plus faciles à imprimer, bien qu'il ait tendance à se rétracter légèrement après l'impression 3D. Contrairement à l'impression avec l'ABS, lorsque vous imprimez avec du PLA, il n'est pas nécessaire d'avoir un plateau chauffant. De plus, le PLA s'imprime à une température plus basse que l'ABS, entre 190 et 230 °C. Le PLA est un matériau plus difficile à manipuler en raison de sa vitesse de refroidissement et de solidification élevée. Il est également important de mentionner que ce matériau peut se détériorer au contact de l'eau. Néanmoins, le matériau est simple à utiliser et fourni dans une vaste gamme de couleurs, ce qui le rend adapté à l'impression 3D FDM. Les makers utilisent souvent le PLA pour réaliser des objets décoratifs ou de petits jouets, mais ce matériau est aussi utilisé dans l'industrie pour le prototypage. Découvrez plus d'informations sur le PLA dans notre guide dédié.

ASA

L'ASA est un matériau qui possède des propriétés similaires à l'ABS, mais avec une plus grande résistance aux rayons UV. Comme dans le cas de l'ABS, il est conseillé d'imprimer le matériau sur un plateau chauffant pour prévenir toute déformation. Lorsque vous imprimez avec de l'ASA, vous utilisez des paramètres d'impression semblables à ceux de l'ABS, mais vous devez veiller à imprimer dans une enceinte fermée en raison des émissions de styrène. Plus d'informations sur ce matériau dans notre guide sur l'ASA.

PET

Le polyéthylène téréphtalate, ou PET, est couramment présent dans les bouteilles en plastique jetables. Le PET est le filament idéal pour toute pièce devant entrer en contact avec de la nourriture. De plus, le matériau est assez rigide et possède une bonne résistance chimique. Pour obtenir les meilleurs résultats d'impression avec le PET, nous conseillons d'imprimer entre 75 et 90 ºC. Le PET est couramment commercialisé sous forme de filament translucide avec des variantes comme le PETG, le PETE et le PETT. Les avantages du PET incluent le fait que le matériau n'émet pas d'odeurs pendant l'impression et qu'il est 100 % recyclable.

PETG

Le PETG, ou polyester modifié au glycol, est un thermoplastique largement utilisé sur le marché de la fabrication additive, alliant à la fois la simplicité de l'impression 3D avec le PLA et la résistance de l'ABS. Il s'agit d'un plastique amorphe qui peut être recyclé à 100 %. Il a la même composition chimique que le polyéthylène téréphtalate, mieux connu sous l'acronyme PET. L'ajout de glycol réduit sa fragilité. Découvrez plus d'informations sur le PETG dans notre guide dédié.

Polycarbonate (PC)

Le polycarbonate (PC) est un matériau à haute résistance conçu pour des applications techniques. Le matériau possède une bonne résistance à la température, étant capable de résister à toute déformation jusqu'à environ 150°C. Cependant, le PC a tendance à absorber l'humidité de l'air, ce qui peut affecter négativement les performances et la résistance de l'impression. Par conséquent, le PC doit être stocké dans des conteneurs étanches. Le PC est hautement apprécié par l'industrie de la FA pour sa résistance et sa transparence. Il a une densité beaucoup plus faible que le verre et est donc particulièrement intéressant pour la conception de pièces optiques, d'écrans de protection ou d'objets décoratifs. Pour plus d'informations, consultez notre guide sur le PC pour l'impression 3D.

Polymères haute performance (PEEK, PEKK, ULTEM)

L'évolution des technologies d'impression 3D a conduit à un vaste travail de recherche sur les matériaux d'impression, qui a permis le développement d'une gamme complète de filaments haute performance aux caractéristiques mécaniques semblables à celles des métaux. Il existe de nombreux types de plastiques haute performance pour l’impression 3D comme le PEEK, le PEKK ou l'ULTEM – ils sont distingués par famille comme les polyaryléthercétones (PAEK) ou les polyétherimides (PEI). Ces filaments ont une très haute résistance thermique et mécanique, sont très robustes et en même temps beaucoup plus légers que certains métaux. Ces propriétés les rendent très intéressants dans les secteurs aérospatial, automobile et médical.

En raison de leurs caractéristiques, les polymères haute performance ne peuvent pas être imprimés sur toutes les machines FDM du marché. En effet, l'imprimante 3D doit disposer d'un plateau chauffant capable d'atteindre au moins 230°C, d'une extrusion à 350°C et d'une enceinte fermée. Aujourd'hui, environ 65 % de ces matériaux sont imprimés avec la technologie FDM, mais on les trouve également sous forme de poudre, compatibles avec la technologie SLS. Découvrez plus d'informations dans notre guide dédié aux matériaux haute performance.

Polypropylène (PP)

Le polypropylène est un autre thermoplastique largement utilisé dans le secteur automobile, le secteur textile professionnel et la fabrication de centaines d'objets du quotidien. Le PP est connu pour sa résistance à l'abrasion et pour sa capacité d'absorption des chocs, outre sa relative rigidité et flexibilité. Cependant, parmi les inconvénients du matériau, on compte sa faible résistance aux températures et sa sensibilité aux rayons UV, ce qui peut provoquer son expansion. Pour cette raison, plusieurs fabricants ont développé des types alternatifs de PP, dits « simil-propylènes », plus robustes tant du point de vue physique que mécanique. Plus de détails dans notre guide sur le PP pour la fabrication additive.

Matériaux composites

Les matériaux composites sont extrêmement utiles pour créer des pièces très légères, mais robustes en même temps. Les fibres ajoutent de la résistance à une pièce sans ajouter de poids, c'est pourquoi nous désignons les composés comme des matériaux renforcés de fibres. Il existe deux types de renfort : fibres courtes ou fibres continues. Dans le premier cas, des fibres coupées qui consistent en des segments d'une longueur inférieure à un millimètre sont mélangées aux matériaux plastiques traditionnels pour l'impression 3D afin d'augmenter la rigidité et, dans une moindre mesure, la résistance des composants. Les fibres coupées peuvent être mélangées avec des matériaux thermoplastiques tels que le nylon, l'ABS ou le PLA. Alternativement, les fibres peuvent être ajoutées aux thermoplastiques de manière continue pour aboutir à une pièce plus robuste. La fibre principale utilisée dans le secteur de l'impression 3D est la fibre de carbone, mais il existe aussi d'autres fibres comme la fibre de verre ou le Kevlar. Découvrez plus d'informations dans notre guide sur les matériaux composites.

Matériaux hybrides

Les matériaux hybrides naissent du mélange de plastiques et de poudres qui leur confèrent une nouvelle couleur, une nouvelle finition ou des propriétés supplémentaires. Souvent basés sur le PLA, ces matériaux sont généralement composés à 70 % de PLA et à 30 % de matériaux hybrides. Par exemple, il existe des filaments à base de bois comme le bambou, le liège, la poudre de bois et bien d'autres. Ces matériaux à base de bois mélangés avec du PLA confèrent au filament hybride une texture plus organique. Certains matériaux hybrides contiennent des poudres de métal pour donner aux pièces une finition métallisée.

Matériaux solubles pour l’impression 3D

Les matériaux solubles sont des matériaux imprimés de manière à se dissoudre dans une phase ultérieure du processus de fabrication. Les deux matériaux pour filaments solubles les plus courants sont le HIPS (polystyrène choc) et le PVA (acétate de polyvinyle). Le HIPS est associé à l'ABS et peut être dissous avec du limonène, tandis que le PVA est associé au PLA et peut être dissous avec de l'eau tout simplement.

Il existe aussi les filaments BVOH, qui deviennent de plus en plus populaires, surtout dans les imprimantes à double extrudeur. Cela parce que le matériau est soluble dans l'eau et, selon les experts, présente une solubilité plus élevée que le PVA.

Matériaux flexibles

Les filaments flexibles sont similaires au PLA, mais sont généralement fabriqués en TPE ou en TPU. L'avantage d'utiliser ces filaments dans l'impression 3D est qu'ils permettent la création d'objets déformables, largement utilisés dans le secteur de la mode. Généralement, ces filaments flexibles ont les mêmes caractéristiques d'impression que le PLA, mais sont disponibles dans une série de gammes différentes basées sur leur rigidité. Il vaut la peine de découvrir quel type d'extrudeur est le plus adapté à chaque matériau pour éviter qu'il ne s'obstrue au moment de procéder à l'impression 3D.

Nylon

Les objets réalisés en polyamides (nylon) sont généralement créés à partir d'une poudre fine, blanche et granulaire avec la technologie SLS. Il existe toutefois certaines variantes de matériaux comme le nylon qui sont également disponibles sous forme de filaments utilisés dans le dépôt de fil fondu (FDM). Grâce à leur biocompatibilité, les polyamides peuvent être utilisés pour créer des pièces entrant en contact avec des denrées alimentaires (à l'exception des aliments contenant de l'alcool). Constitués de structures semi-cristallines, les polyamides offrent un bon équilibre de caractéristiques chimiques et mécaniques qui assurent une bonne stabilité, rigidité, flexibilité et résistance aux chocs. Grâce à ces avantages, le matériau compte de nombreuses applications dans divers secteurs et offre un niveau de détail élevé. En raison de leur grande qualité, les polyamides sont utilisés dans la fabrication d'engrenages, de pièces pour les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile, la robotique, les prothèses médicales et les moules à injection. Plus de détails dans notre guide sur le nylon pour l'impression 3D.

Alumide

Les objets en alumide sont produits à partir d'une combinaison de polyamides et de poudre d'aluminium en utilisant le procédé SLS. Le matériau présente une large surface légèrement poreuse et un aspect granuleux, ce qui lui confère une force remarquable et une bonne résistance aux températures élevées (jusqu'à 172°C). Cependant, certains traitements de post-traitement tels que le meulage, le sablage, le revêtement ou le fraisage sont nécessaires. L'alumide est utilisé pour produire des modèles complexes, des pièces de design ou pour la production en petite série de modèles fonctionnels nécessitant une rigidité élevée et un aspect similaire à l'aluminium.