Conseils d’experts : pourquoi adopter l’impression 3D PEEK ?

L’évolution rapide de la fabrication additive entraîne le développement de matériaux multiples. Rien qu’au cours des deux dernières années, les fournisseurs de matériaux ont doublé, selon le dernier rapport Wohlers. Bien que la plus forte croissance des matériaux enregistrée soit celle du métal, les polymères occupent toujours la deuxième position. C’est dans cette famille que se trouvent les polymères haute performance ou à haute résistance, parmi lesquels se distingue le PEEK (polyétheréthercétone), l’un des plus reconnus dans l’industrie de la 3D, et très apprécié dans des secteurs tels que l’aérospatiale, le médical ou l’automobile. Cette popularité est due au fait que ce matériau est très résistant à la chaleur et à l’usure, et qu’il peut remplacer certains métaux grâce à son rapport poids/résistance. Malgré ses grands avantages, de nombreuses entreprises ignorent encore les bénéfices réels de l’impression 3D du PEEK, et ses possibilités au sein des différentes chaînes de production. Pour lever tous nos doutes, nous avons aujourd’hui fait appel à trois experts en fabrication additive de thermoplastiques avancés.

Charles Han, PDG d’INTAMSYS, a commencé sa carrière dans l’impression 3D avec la création de la société il y a plus de six ans, lorsqu’un groupe d’ingénieurs a décidé de créer un équipement à grande vitesse et de haute précision. À ses côtés, nous avons Thomas Collet, directeur des matériaux d’impression 3D et du marketing au sein de l’unité commerciale des matériaux polymères sur mesure de LEHVOSS Group. Cette entreprise allemande est l’un des principaux fabricants de matériaux polymères et possède 8 ans d’expérience dans le développement de matériaux pour l’industrie de la fabrication additive. Enfin, François de la Bretèche est Responsable Formation chez Atome3D, l’un des revendeurs d’équipements 3D les plus importants du marché français. L’entreprise est notamment spécialisée dans l’impression 3D polymère.

Quelles sont les principales spécificités de l’impression 3D PEEK ?

Afin d’adopter l’impression 3D PEEK dans l’industrie, il est important de connaître les caractéristiques et les spécifications du matériau. Comme la plupart des thermoplastiques avancés, le PEEK est un matériau exigeant à utiliser pour l’impression 3D.  Il est nécessaire d’avoir un extrudeur qui atteint des températures allant jusqu’à 400ºC, en plus de toujours posséder une chambre chauffée afin que la pièce atteigne les propriétés mécaniques attendues. Ce polymère semi-cristallin a : « un point de fusion d’environ 343 °C, alors que la température d’utilisation continue est d’environ 260 °C. Comme le PEEK possède d’excellentes propriétés intégrales, il peut remplacer les matériaux traditionnels tels que les métaux et les céramiques dans de nombreuses applications. La résistance aux températures élevées, l’autolubrification, la résistance à l’usure et à la fatigue font du PEEK l’un des plastiques techniques à hautes performances les plus populaires aujourd’hui« , déclare Charles d’INTAMSYS. De plus, François d’Atome3D mentionne : « Le PEEK présente d’excellentes propriétés mécaniques, ne dégage que très peu de fumée ce qui en fait une solution idéale pour l’aéronautique, résiste aux vents et aux rayonnements UV.« 

Bien que nous nous concentrions aujourd’hui sur l’impression 3D PEEK, il existe un autre matériau très performant qui est également très en vue et qui peut souvent prêter à confusion : le PEKK. Il appartient également à la famille PAEK, comme le PEEK, mais sa principale différence réside dans le rapport éther/cétone. Thomas de LEHVOSS Group explique : « Le PEKK est un copolymère qui permet un meilleur contrôle de la cristallinité. Selon le type, le PEKK fournit des températures de fusion et de transition vitreuse plus élevées. Les pièces peuvent être produites complètement amorphes en utilisant le matériau PEKK correspondant. Le PEKK est plus cher que le PEEK standard« , déclare Thomas de LEHVOSS Group. Sur cette comparaison entre le PEEK et le PEKK, François ajoute : « Le PEKK est plus facile à imprimer car il est plus stable et entraînera moins ce phénomène de warping comparé au PEEK. »

LUVUCOM, le PEEK pour l’impression 3D développé par LEHVOSS Group (crédits photo : LEHVOSS Group)

Quelles sont les applications recommandées avec ce matériau ?

L’une des propriétés les plus appréciées de l’impression PEEK 3D est sa capacité mécanique et sa résistance à la chaleur. C’est pourquoi les industries qui ont besoin de pièces durables ont commencé à adopter ces technologies plus rapidement : « Elles peuvent remplacer les matériaux traditionnels tels que les métaux et les céramiques dans des secteurs comme l’aérospatiale, l’automobile, l’électronique et les équipements médicaux« , explique M. Charles.

Sur la base des caractéristiques spécifiques du PEEK, les applications recommandées par l’équipe de Atome3D sont les suivantes : « On va beaucoup utiliser l’impression 3D PEEK dans le secteurs de l’aérospatial, de l’automobile et du médical. En réalité, l’usinage en PEEK est aujourd’hui très employé dans l’Industrie, notamment pour concevoir des pièces automobiles car le matériau résiste bien aux produits chimiques. La fabrication additive est alors plus intéressante que l’usinage car on vient utiliser moins de matière, une bonne nouvelle quand on connait le prix du PEEK. »

PEEK VS métal, quel matériau choisir ?

La résistance élevée de matériaux tels que le PEEK a permis à de nombreuses entreprises de remplacer des pièces métalliques par des pièces plastiques imprimées en 3D. Est-il vraiment rentable de remplacer une pièce métallique par une pièce en matériau polymère, et dans notre cas du PEEK ? C’est le grand doute de nombreuses entreprises lorsqu’elles envisagent d’adopter l’impression 3D PEEK. Thomas commente : « Le PEEK, comme tous les polymères, offre un énorme potentiel de gain de poids par rapport aux métaux et, autre avantage, il présente d’excellentes propriétés tribologiques. » Un point de vue partagé par François d’Atome3D qui explique que le PEEK est principalement préféré pour cet aspect d’allégement mais pas que : « On imprime avec du PEEK parce que les coûts sont moins élevés mais aussi parce que cela représente moins de main d’oeuvre. L’impression 3D métal implique beaucoup d’optimisations et les erreurs peuvent coûter très cher.« 

Impression d’un dispositif médical avec du PEEK (crédits photo : INTAMSYS)

Charles nous a donné un exemple concret d’impression 3D avec le PEEK par rapport à l’utilisation de matériaux métalliques : « Dans le domaine des implants médicaux, le module élastique du PEEK est proche du module élastique de l’os cortical, ce qui entraîne une ostéointégration entre l’implant et le tissu osseux, assurant la stabilité à long terme des implants en PEEK. » Il y a quelques mois, nous parlions déjà de l’acceptation facile du corps humain aux implants PEEK par rapport à ceux en métal.

Le marché de l’impression 3D avec des matériaux haute performance est donc à suivre de près, avec sûrement des innovations connexes et davantage d’entreprises adoptant le matériau à l’avenir. Thomas Collet conclut : « Ce que nous constatons, c’est que beaucoup de nos clients regardent tout cela et envisagent sérieusement l’impression 3D avec PEEK pour remplacer les méthodes de fabrication traditionnelles.« 

Que pensez-vous de l’impression 3D PEEK ? L’utilisez-vous ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article ou avec les membres du forum 3Dnatives. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !