Guide du PLA pour l'impression 3D

Source : 3dnatives.com

Le PLA (acide polilactique) est l'une des matières plastiques les plus utilisées dans le secteur de la fabrication additive. Inventé en 1930 par le chimiste Wallace Carothers, également développeur du nylon et du néoprène, ce matériau peut être utilisé sous forme de filaments ou de granulés pour les imprimantes 3D de bureau ou les solutions industrielles. Contrairement à de nombreuses autres options de matériaux disponibles sur le marché, le PLA est considéré comme un thermoplastique plus durable car il provient de sources renouvelables telles que l'amidon de maïs, les racines de tapioca ou la canne à sucre. Cela le différencie des autres matériaux industriels composés principalement de pétrole. Grâce à ses origines plus écologiques, ce matériau a toujours été l'un des plus utilisés dans le secteur de l'impression 3D. Son utilisation s'est en fait étendue à une grande variété de secteurs et d'applications. Dans ce guide, nous apprendrons tout sur ce matériau : ses caractéristiques, les conditions d'impression, certaines de ses applications, ainsi que les principaux fabricants sur le marché.

Production et caractéristiques du PLA

Comme mentionné, le PLA est obtenu à partir de ressources organiques et renouvelables comme l'amidon de maïs, les racines de tapioca ou la canne à sucre. En effet, la production du polymère est possible grâce à la fermentation de l'une de ces sources de glucides. Plus précisément, le produit naturel est broyé pour séparer l'amidon du maïs, en le mélangeant avec des monomères acides ou lactiques. Avec ce mélange, l'amidon est décomposé en dextrose (D-glucose) ou en sucre de maïs. Enfin, la fermentation du glucose produit de l'acide L-lactique, le composant de base du PLA. Le résultat est un matériau écologique et renouvelable qui, selon les conditions de température et d'humidité, peut devenir biodégradable.

Le PLA est produit à partir de matériaux durables comme l'amidon de maïs.

Ces dernières années, la durabilité des filaments de PLA a toutefois été remise en question. Peut-être parce que l'expression « biodégradable » souvent utilisée pour désigner ce filament a semé la confusion. En effet, bien qu'il soit créé à partir de matériaux renouvelables présents dans la nature, cela ne rend pas nécessairement le matériau biodégradable. Ce matériau peut se décomposer, mais seulement sous certaines conditions aérobies. Par exemple, le PLA peut se dégrader rapidement s'il est soumis à un compostage industriel ; dans le cas contraire, pour se décomposer à l'air libre, il peut prendre jusqu'à 80 ans, devenant ainsi, comme les autres plastiques, polluant.

Une propriété supplémentaire de ce matériau est qu'il est considéré comme un fluide pseudoplastique non newtonien. Cela signifie que sa viscosité (résistance à l'écoulement) change en fonction de la contrainte à laquelle il est soumis. Par conséquent, il n'a pas de valeur de viscosité définie et constante, mais varie en fonction des conditions de production. En particulier, le PLA est un matériau à amincissement par cisaillement (shear-thinning), ce qui signifie que la viscosité diminue avec la contrainte appliquée. Pour en savoir plus, voyons ci-dessous les caractéristiques d'utilisation et son comportement lorsqu'il est utilisé comme matériau pour l'impression 3D.

Le PLA dans l'impression 3D

Le PLA est l'un des matériaux les plus utilisés dans l'impression 3D FFF, surtout par ceux qui débutent dans l'industrie 3D, car il est très facile à imprimer. On le trouve généralement sous forme de filament, mais aussi sous forme de granulés. Bien que la source d'alimentation du matériau et le système de fusion changent en fonction du format du PLA (via une extrudeuse pour les filaments ou un réservoir pour les granulés), les caractéristiques du matériau et des pièces finales ne varient pas d'un type à l'autre. Cependant, dans cet article, nous nous concentrerons davantage sur le PLA sous forme de filament, car c'est la forme la plus courante sous laquelle ce thermoplastique se trouve habituellement.

Le PLA est l'un des thermoplastiques les plus utilisés dans l'impression 3D (photo : BMI Lab)

Ce matériau est un polymère semi-cristallin avec une température de fusion comprise entre 170 et 180°C, inférieure à celle des filaments ABS qui commencent à fondre entre 200 et 260°C. Cela signifie que lors de l'impression avec du PLA, il n'est pas nécessaire de chauffer le plateau d'impression ou d'avoir une chambre d'impression fermée. En même temps, le filament offre de bonnes performances, combinant une vitesse d'impression élevée avec des bords assez nets, à condition que le matériau soit correctement refroidi. De plus, les pièces obtenues ont tendance à avoir une très faible déformabilité. Le seul inconvénient est que le filament de PLA a une viscosité plus élevée que d'autres thermoplastiques standard ce qui, si l'on ne fait pas attention, peut entraîner l'obstruction de la tête d'impression. De plus, les filaments ont une durée de conservation d'au moins 1 an s'ils sont conservés à une température comprise entre 15 et 25°C. Si nous comparons le PLA avec l'ABS, un autre des thermoplastiques les plus utilisés dans l'impression 3D FDM, nous observons qu'en général, le premier n'a pas la même résistance et la même flexibilité que le second, mais il est aussi moins sujet aux déformations. Cependant, il est toujours conseillé d'utiliser le PLA pour des pièces ne présentant pas une complexité mécanique élevée, car son usinage est beaucoup plus simple.

En termes de post-traitement, le PLA ne nécessite généralement pas d'étapes complexes. Lors du retrait des pièces, on peut rencontrer des problèmes d'adhérence de la première couche d'impression. Il est donc conseillé d'utiliser des adhésifs spéciaux sur le plateau d'impression pour faciliter le retrait des pièces. Pour améliorer la surface des pièces, l'utilisateur peut les poncer et les traiter avec de l'acétone, si nécessaire. Les supports, s'ils sont utilisés, peuvent être facilement retirés avec une pince ou dissous si des structures de support solubles ont été utilisées.

Applications

Comme déjà mentionné, le PLA est un plastique relativement abordable et facile à utiliser en impression 3D, surtout chez les makers. Mais cela ne signifie pas qu'il n'a que des avantages. Ses propriétés se traduisent par des pièces imprimées fragiles, peu résistantes et sensibles à la lumière du soleil et aux températures élevées. Pour cette raison, il est surtout utilisé par les débutants, notamment pour créer des objets décoratifs, des gadgets et des jouets.

Cependant, le PLA ne se limite pas au monde des makers. De nombreuses industries utilisent également ce thermoplastique, par exemple pour le prototypage. Cela permet aux entreprises d'économiser beaucoup d'argent, au lieu de passer par le processus de création de moules. De plus, bien que ce ne soit pas la première option vers laquelle on se tourne, des secteurs comme celui automobile peuvent également tirer parti du filament PLA. Dans ce cas, il peut être utile pour créer des accessoires pour les voitures ou même certains éléments du tableau de bord.

Le PLA est populaire parmi les makers et pour le prototypage rapide (crédits photo : Markforged)

Cependant, il est important de noter que le PLA a une faible température de transition vitreuse (température en dessous de laquelle un matériau amorphe se comporte comme un solide vitreux), ce qui le rend inadapté aux applications où une plus grande résistance à la température est requise. De plus, en ce qui concerne les industries comme l'agroalimentaire, il n'est pas conseillé, par exemple, d'utiliser ce thermoplastique pour créer des tasses contenant des liquides chauds. Cependant, il est sûr pour le contact alimentaire, raison pour laquelle il est largement utilisé dans les emballages.

Fabricants et prix du PLA pour l'impression 3D

Étant l'un des matériaux les plus populaires dans le domaine de l'impression 3D, presque tous les fabricants de matériaux proposent aujourd'hui des filaments ou des granulés de PLA dans leur gamme de produits. Parmi eux, Polymaker, Recreus, Smart Materials ou BASF à travers sa marque Forward AM. Il convient également de noter que les fabricants d'imprimantes 3D FDM proposent souvent leurs propres filaments. Il existe de nombreux fabricants de PLA, comme UltiMaker, Stratasys, Prusa ou Zortrax, entre autres.

En ce qui concerne le prix du filament PLA, il peut actuellement varier en fonction des couleurs et des caractéristiques recherchées. Les filaments hybrides, comme le filament bois ou les filaments renforcés de fibres, augmentent considérablement le prix. Cependant, le prix d'un filament standard est généralement compris entre 20 et 70 euros par kilogramme. Enfin, comme déjà mentionné, il existe également des imprimantes 3D qui peuvent imprimer avec des granulés, une forme de matériau plus économique que le filament, notamment parce qu'il n'est pas transformé.