TPU pour l'impression 3D : tout ce qu'il faut savoir

Source : 3dnatives.com

Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est un élastomère caractérisé par une grande flexibilité et une grande résistance, combinant les propriétés des thermoplastiques et des caoutchoucs. La flexibilité de ce polymère est due à la présence de séquences alternées de segments durs et souples dans sa composition chimique. En faisant varier la proportion de ces segments, la rigidité et la flexibilité du matériau changent également. Cela influe sur la transparence des pièces finales, la douceur au toucher et l'adhérence des pièces. De manière générale, nous pouvons dire que le TPU est un polymère qui confère aux pièces des propriétés variées et extrêmement intéressantes. Mais que faut-il savoir avant d'utiliser le TPU ?

Production et caractéristiques du TPU

En termes de propriétés, il est important de savoir que ce polymère présente de nombreux avantages tels qu'une haute résistance aux chocs, à l'usure, à l'abrasion et aux coupures. De plus, il présente une adhésion des couches assez avancée qui permet d'atteindre une excellente homogénéité mécanique au niveau des pièces fabriquées, les rendant isotropes. Cependant, ce type de matériau présente certaines limites qu'il faut prendre en compte : le TPU ne s'adapte pas bien aux environnements chauds, ce qui est important car il ne résiste pas aux hautes températures ; de plus, les paramètres d'impression doivent varier en fonction de la technologie utilisée. Par rapport au TPE, un autre filament flexible, le TPU s'imprime plus facilement et conserve mieux ses propriétés élastiques à basse température. Le matériau TPU offre une meilleure résistance à l'abrasion ainsi qu'aux huiles et aux graisses. Contrairement aux thermoplastiques plus rigides, le filament en TPU possède des qualités telles que la flexibilité et l'adaptabilité et ne présente pas de problèmes de déformation ou de délamination pendant le processus d'impression 3D.

Grâce à sa flexibilité, le TPU peut être utilisé pour créer des coques de téléphone.

Caractéristiques du filament TPU dans l'impression 3D

Lors de l'impression de pièces avec du TPU utilisant la technologie FDM, nous suggérons d'appliquer une fine couche de colle sur le plateau d'impression, ce qui facilitera l'adhérence du matériau. Il est également recommandé que la buse d'extrusion atteigne une température comprise entre 210 et 235 °C pour faire fondre le filament (bien que cela dépende du fabricant). Il s'agit de conseils généraux, mais le succès avec le TPU dépendra de la configuration de chaque imprimante 3D et d'un calibrage adéquat ; il est donc recommandé d'effectuer de petits tests avec ce matériau avant de commencer des impressions plus complexes.

En ce qui concerne la stéréolithographie, le TPU n'est pas recommandé pour les modèles petits et fins ou pour ceux qui simulent des matériaux à haute élasticité. Au moment de configurer le modèle, il est conseillé que les modèles aient leur forme finale et soient orientés vers le plateau d'impression à pas plus de 20°. Les pièces les plus fines et les plus hautes seront plus difficiles à imprimer, bien qu'il soit toujours possible d'utiliser des supports supplémentaires pour garantir un résultat optimal.

Cependant, il est important de noter que chaque machine et chaque filament est différent, il est donc conseillé d'effectuer des tests pour trouver la valeur de rétraction optimale. De plus, il est important de noter que cette valeur peut varier entre les différents filaments de TPU. Le TPU ne nécessite pas de post-traitement obligatoire, mais il est possible d'effectuer certaines techniques pour améliorer ses propriétés ou son aspect esthétique. Une option courante est un traitement de polissage pour lisser la surface et supprimer les marques de couches, ce qui peut améliorer l'aspect final de l'objet imprimé. Il est également possible d'appliquer une couche de vernis ou de revêtement pour améliorer sa résistance à l'eau, à la poussière et à la saleté.

Principales applications

Dans l'industrie de la fabrication additive, ce matériau ouvre un monde de possibilités pour différents marchés. Pour commencer, dans la chaussure, nous trouvons la réalisation de semelles élastiques et, dans le médical, la réalisation de modèles orthopédiques. D'autre part, dans le secteur aérospatial, le développement d'outils ou de capteurs et, dans le secteur automobile, la création de pneus et d'amortisseurs. Nous pouvons également trouver du TPU dans le secteur sportif, dans la production de protections pour les équipements de fitness.

Le TPU est idéal pour les pièces d'utilisation finale, les prototypes fonctionnels, les modèles conceptuels et les composants personnalisés. Ce type de matériau est très utilisé, par exemple, pour fabriquer des coques de téléphone, car il protège l'appareil des chocs et des fissures.

Fabricants et prix du matériau

Sur le marché de la fabrication additive aujourd'hui, nous pouvons trouver de grandes entreprises qui proposent du TPU pour créer des pièces flexibles. Ultimaker possède un filament appelé TPU 95A, qui est compatible avec ses imprimantes 3D Ultimaker S5, Ultimaker 3 et Ultimaker 2+ ainsi qu'avec la dernière imprimante lancée par le fabricant, l'UltiMaker S7. Selon l'entreprise, le matériau supporte jusqu'à 580 % d'allongement à la rupture ; ce filament est disponible en 4 couleurs différentes.

Une autre entreprise est Formlabs, qui a présenté l'année dernière sa "résine élastique" pour la technologie SLA. Cette résine a une dureté Shore de 50A, ainsi qu'un allongement et un retour énergétique élevés. La valeur Shore fait référence à la dureté du matériau utilisé ou, en d'autres termes, à la résistance d'un matériau à l'indentation. Des valeurs plus basses indiquent une résistance moindre ou des matériaux plus souples. L'élasticité et la résistance de ce matériau permettent son utilisation sur des cycles multiples. De plus, la technologie permet de réduire les coûts et les délais de livraison en imprimant directement sur les pièces souples.

Il existe également d'autres entreprises engagées dans le développement de ces matériaux comme Recreus, qui propose une grande variété de filaments d'impression 3D. En particulier, son célèbre filament FilaFlex est né du besoin d'innover dans l'impression 3D. Ignacio García, directeur général de Recreus, a déclaré : « La technologie d'impression 3D elle-même était déjà innovante et cela, ajouté à la flexibilité du matériau avec lequel créer des pièces flexibles, comme par exemple des chaussures, a démontré sans aucun doute le potentiel de la fabrication additive et du FilaFlex ». D'autres entreprises comme BASF proposent le matériau sous forme de poudre. Elles possèdent une gamme de poudres TPU qu'elles appellent Ultrasint® et, par exemple, leur TPU01 est conçu spécifiquement pour les imprimantes Multi Jet Fusion de la série 5200 de HP. Le prix du filament en TPU se situe autour de 30-40 euros environ le kilogramme.