Accueil > Matériaux > A la découverte des matériaux d’impression 3D – Première partie : Les plastiques

A la découverte des matériaux d’impression 3D – Première partie : Les plastiques

Pour fabriquer un objet, on doit connaître les matériaux qui le composent… 3Dnatives ne vous explique pas seulement les différentes techniques d’impression 3D, mais également les matériaux qui sont au coeur de cette technologie : les plastiques, les métaux, les matériaux organiques et les céramiques. 

On s’attaque aujourd’hui aux matériaux les plus usités en impression 3D – les plastiques.

ABS

C’est le matériau phare des briques de Lego, très utilisé aussi dans la carrosserie des voitures, les appareils électroménagers et dans de nombreuses applications de capotage. Il appartient à la famille des thermoplastiques mais contient une base d’élastomère à base de polybutadiène qui le rend souple et résistant aux chocs.

L’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) fond entre 200 et 250 ºC et peut supporter des températures très basses (- 20 ºC) comme élevées (80 ºC). En plus de sa bonne résistance, ce matériau permet d’obtenir une surface polie, est réutilisable et peut être soudé par procédés chimiques (en utilisant l’acétone). Cependant, il n’est pas biodégradable et rétrécit au contact de l’air, raison pour laquelle  la plateforme d’impression est chauffée afin d’éviter le décollement des pièces.

L’ABS est employé principalement dans la technique de dépôt de matière fondue (FDM) et, en conséquence, il est disponible avec la plupart des imprimantes maisons comme les Replicator 2 de Makerbot et les Ultimaker. En outre, un dérivé de l’ABS, sous forme liquide, est utilisé dans les procédés SLA et PolyJet.

PLA

Contrairement à l’ABS, ce polymère (acide polylactique) est biodégradable car il est fabriqué à partir de matières renouvelables (amidon de maïs). L’une de ses caractéristiques principales est son faible rétrécissement à l’impression 3D, raison pour laquelle des plateaux chauffants ne sont pas nécessaires lors de l’impression par la technique FDM (à 185 ºC) et l’on obtient des pièces d’une meilleure précision. Enfin, grâce à sa non-toxicité, ce matériau est couramment utilisé pour des objets destinés au contact alimentaire, mais la tête d’impression doit alors être fabriquée en acier inoxydable.

En comparaison avec l’ABS, le PLA est plus difficile à manipuler du fait de sa vitesse élevée de refroidissement et de durcissement. Il peut également s’abîmer et se déteindre au contact de l’eau. Mais pour autant, ce matériau, souvent translucide, est utilisé pour la MakerBot Replicator 2 et la CubeX et accepte tout type de finition en plusieurs couleurs.

 

POLYAMIDES

Les objets en polyamides sont souvent fabriqués à partir d’une poudre fine, granuleuse et blanche en utilisant la technologie du frittage sélectif par laser (SLS), mais certaines familles de ce matériau, comme le nylon, se présentent sous la forme d’un filament et s’utilisent avec la technique de dépôt de matière fondue (FDM).

Grâce à leur bio-compatibilité, comme le PLA, les polyamides peuvent être utilisés pour des pièces en contact avec les aliments (sauf  ceux contenant de l’alcool), et contrairement au PLA et à l’ABS, des surfaces plus lisses sans effet ondulé sont obtenues.

Etant constitué des structures semi-cristallines, ce matériau présente un bon compromis entre caractéristiques mécaniques et chimiques, d’où sa stabilité, rigidité, flexibilité et sa résistance aux chocs. Ces avantages donnent lieu à une large gamme d’applications et un grand niveau de détail. Une qualité supérieure utilisée, par exemple pour la fabrication d’engrenages, des pièces pour l’aérospatiale, l’automobile, la robotique, des prothèses médicales ou des moules pour l’injection.

NYLON

Moins cher que l’ABS et le PLA, le nylon est de plus en plus utilisé dans les imprimantes personnelles.

Découvrez ICI toute l’information sur ce matériau avec le Laboratoire 3Dnatives.

ALUMIDE

Les objets en alumide sont fabriqués à partir d’une combinaison entre polyamide et aluminium en poudre en utilisant la technologie de frittage sélectif par laser (SLS). Avec une surface légèrement poreuse et d’un aspect sableux et granuleux, ce matériau offre une grande solidité, une haute résistance à la température (172 ºC max.) et aux chocs et une relative flexibilité. Cependant, des post-traitements sont généralement nécessaires: meulage, polissage, revêtement et fraisage par exemple.

L’alumide est utilisé pour des modèles complexes, pièces de conception ou pour des petites séries de modèles fonctionnels, ayant besoin d’une rigidité importante et d’un aspect proche de l’aluminium. La technique employée implique des limites géométriques faibles.

RÉSINES

Les résines peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables (polymérisation) et elles constituent le matériau de base de plusieurs techniques comme la stéréolithographie (SLA) et le PolyJet, et permettent d’obtenir des objets en finition mat ou brillant, blancs, noirs et même transparents. Ces dernières, ont une géométrie et une fonctionnalité limitées, mais la qualité et la douceur de la surface, en plus de sa transparence, sont systématiques. Dans tous les cas, il est possible de réaliser un processus de coloration et n’importe quel autre traitement post-impression.

Des résines haute précision sont mises à disposition par i.materialise, lesquelles sont parfaites pour des modèles réduits (100x100x100 mm max.) nécessitant un grand niveau de détail géométrique avec une surface poli, fine et sans effet d’escalier au niveau des couches. La couleur du matériau est un off-blanc et, même si elle est faisable, la coloration n’est pas recommandée du fait de la possible perte de détail liée à la peinture.

POLYPROPYLÈNE

Un autre thermoplastique très utilisé en automobile, pour les emballages, les vêtements professionnels jetables, et dans la fabrication d’une centaine d’objets du quotidien. Le polypropylène (PP) est connu pour sa résistance à l’abrasion et sa capacité à absorber les chocs, en plus d’une relative rigidité et flexibilité.

Un des inconvénients est sa faible résistance aux températures et sa sensibilité au rayonnement UV, raison pour laquelle plusieurs fabricants d’imprimantes ont développé des dérivés de ce matériau, les simili-polypropylènes, afin de renforcer ses propriétés physiques et mécaniques. Entre autres, on trouve la gamme VisiJet de chez 3D Systems dont les matériaux offrent une grande flexibilité comme le VisiJet Flex ou ceux qui ont une grande rigidité et une résistance plus élevée à la chaleur (130 ºC) et à l’humidité comme le VisiJet HiTemp ou la gamme DurusWhite de chez Objet. Enfin, EnvisionTEC propose un simili-polypropylène (le LS600) pour la fabrication de pièces d’un grand niveau de détail.

PLASTIQUES COMPOSITES

Dans un article précédent, 3Dnatives vous a parlé de la technologie PolyJet et de ses matériaux composites, appelés Digital Materials, permettant d’obtenir des prototypes assez performants pour se rapprocher des propriétés du matériau réel (résistance à la température, bio-compatibilité, rigidité ou souplesse…) et aux couleurs multiples.

Parallèlement, la société Z Corporation, rachetée par 3D Systems, a développé une technologie, similaire à celle des imprimantes 2D, exclusive aux imprimantes ZPrinter qui permet d’imprimer en couleur haute définition, avec 390.000 teintes disponibles. L’imprimante convertit chaque couleur à partir de l’espace RVB (Rouge, Vert, Bleu) vers une valeur de couleur CMJN (Cyan,Magenta, Jaune, Noir) pour impression et  le logiciel ZEdit™ permet d’ajouter la couleur, des textures colorées et des étiquettes pour des fichiers de modèles en 3D. Pour minimiser les coûts, seul le contour de la pièce est coloré lors de l’impression.

Pour répondre aux besoins de l’impression 3D multi-coloris, d’autres machines comme la Replicator Dual Extruder de chez MakerBot et les CubeX Duo et CubeX Trio de chez Cubify (18 couleurs en ABS et PLA), pour ne citer qu’eux, on été lancées; et à l’inverse pour des pièces transparentes, 3D Systems a travaillé au développement de nouveaux matériaux pour la technologie SLA, SLS et DLP comme l’Accuera ClearVue, l’Accura Peak (plus opaque) et le VisiJet Clear.

Une vidéo de la CubeX Trio en action:

Cependant, au-delà de la couleur, l’avantage majeur des matériaux composites est la possibilité de fabriquer des modèles aux caractéristiques renforcées. Pour exemple, la société EnvisionTEC offre deux matériaux hautes températures (jusqu’à 140 ºC): HTM140 et HTM140IV tandis que la compagnie Objet commercialise le RGD525 (67-80 ºC). L’iFlex 500, toujours de chez EnvisionTEC, permet de reproduire les propriétés mécaniques, l’aspect et le toucher du caoutchouc,  alors qu’Objet propose la gamme Objet Tango, des matériaux simili-caoutchoucs de grande souplesse (TangoGray, TangoBlack, TangoPlus et TangoBlackPlus).

MATÉRIAUX DE SUPPORT

Des plastiques solubles peuvent également être utilisés pour imprimer les supports d’impression (en fonction de la complexité et de la technologie utilisée pour la pièce désirée), qui par la suite seront dissous. Les plastiques solubles les plus employés actuellement sont le HIPS (Polystyrène Haut Impact) et le PVA (Alcool Polyvinylique) que l’on peut dissoudre avec du d-limonène et de l’eau respectivement.

Objet en bleu et matériau de support en blanc.

Objet en bleu et matériau de support en blanc.

Restez informé, abonnez-vous à notre flux RSS ou pages Facebook et   


À propos Susana SANCHEZ

Etudiante ingénieure en mécatronique à Escuela de Ingeniería de Antioquia (EIA) en Colombie et étudiante en double diplôme à l’Ecole Nationale Supérieur d’Arts et Métiers (ENSAM) en France en Master Recherche Systèmes Avancés et Robotique. Passionnée par l’ingénierie, la technologie et le design, je suis une adepte de la philosophie DIY (Do It Yourself). Je considère l’impression 3D comme une évolution majeure, non seulement industrielle et commerciale mais également artistique.