Quel filament pour mon imprimante 3D ?

Le dépôt de matière fondue est l’un des procédés d’impression 3D les plus utilisés sur le marché de par sa facilité, son accessibilité et les performances offertes. ll est aujourd’hui compatible avec une variété de thermoplastiques c’est-à-dire des matières qui sont capables de se ramollir sous l’effet de la chaleur mais retrouvent leur forme initiale lorsqu’elles se refroidissent. Pour pouvoir être extrudés par l’imprimante 3D, ces thermoplastiques sont transformés en filament qui peut alors être entraîné et fondu par l’extrudeur. Aujourd’hui, la plupart des plastiques de l’industrie peuvent subir cette transformation, élargissant alors la champ des possibles. Mais comment choisir son filament pour imprimante 3D ? Quelles sont les caractéristiques qu’il faut prendre en compte ?

Avant de passer aux différents filaments qui existent sur le marché de la fabrication additive, il est important de comprendre comment sont classés les plastiques, une première étape qui vous permettra d’y voir plus clair. Il existe aujourd’hui des plastiques dits amorphes ou semi-cristallins : ces adjectifs définissent la structure intermoléculaire du polymère, en fonction de la façon dont ils réagissent quand ils se solidifient suite à une fusion. Concrètement, les chaînes des plastiques amorphes vont s’enchevêtrer et rester désordonnées pendant la phase de solidification. A l’inverse, les chaînes des semi-cristallins vont s’organiser et s’arranger les unes par rapport aux autres. De là va découler différentes propriétés ; les matières amorphes par exemple sont généralement plus transparentes et possèdent une stabilité dimensionnelle inférieure. Enfin, un autre point important qui vient ordonner la famille des plastiques est la température de fusion : les plastiques standards auront une température plus basse que les matières dites techniques. Les polymères hautes performances nécessiteront quant à eux une gestion thermique plus poussée, avec des températures de fusion proches des 300°C.

Le FDM est l’un des procédés les plus utilisés en impression 3D. Il est compatible avec des filaments plastiques

Les filaments pour imprimante 3D dits standards

Le PLA

Le PLA, ou acide polylactique, est une matière semi-cristalline issue de ressources renouvelables – généralement de l’amidon de maïs. Contrairement à la majorité des plastiques issus de l’industrie pétrolière, le PLA est considéré comme étant plus verte car il est biodégradable dans les bonnes conditions. C’est un filament pour imprimante 3D très facile à utiliser, raison pour laquelle il est très populaire sur le marché de l’impression 3D. Compatible avec un contact alimentaire, sa température d’extrusion est généralement de 180°C. Il présente une bonne stabilité géométrique et n’est généralement pas sujet au warping. Il est principalement utilisé dans des applications de prototypage, d’outillage, de pièces décoratives ou encore dans le secteur médical. Le PLA est disponible en plusieurs coloris et est souvent utilisé comme matrice d’un matériau composite.

Le polypropylène

Le PP est l’une des matières les plus utilisées en injection plastique, réputé pour sa légèreté, sa résistance aux produits chimiques, à la fatigue ou encore sa bonne isolation électrique. On le retrouve aussi sous forme de filament pour imprimante 3D, offrant une bonne résistance l’impact, une étanchéité au gaz ou encore une semi-rigidité. Notez toutefois qu’il est assez difficile à imprimer car il n’adhère pas au plateau. Il possède des points de fusion très précis et nécessitera une excellente gestion thermique. Côté applications, privilégiez le filament PP pour concevoir des emballages, des pinces et attaches, des réservoirs pour liquide, etc.

Une pièce imprimée en 3D avec du PP (crédits photo : Materialise)

L’ABS, un filament pour imprimante 3D très répandu

On passe cette fois-ci à une structure amorphe : l’ABS est un filament réputé pour sa résistance aux chocs à basse température et sa légèreté. Il n’est pas toujours évident de classer ce matériau : il est parfois dans la partie technique de la pyramide, moins facile à traiter qu’un PLA par exemple. En impression 3D, il est sujet au warping, nécessitant alors l’utilisation d’un plateau chauffant. Ses propriétés en font un matériau idéal pour la production de prototypes fonctionnels, de pièces d’outillage qui sont souvent sollicitées ou encore dans la fabrication de moules. L’ABS reste un filament pour imprimante 3D accessible, avec une offre étoffée.

Les filaments techniques

Le nylon

Le nylon, aussi appelé polyamide (PA), est davantage répandu sur le marché de la fabrication additive sous forme de poudre pour la technologie SLS. On peut toutefois le retrouver sous la forme de filament, disponible avec 6 atomes de carbone d’où le PA6. Ce dernier est semblable à l’ABS, nécessitant lui aussi un plateau chauffant car son adhérence n’est pas la meilleure. Le PA6 est réputé pour sa résistance aux chocs et à l’abrasion ainsi que pour sa souplesse. Il a une durée de vie assez longue, idéal pour la production de pièces comme des charnières, des composants de machines et de l’outillage. Il peut être renforcé en fibres de carbone ou de verre. A noter que le nylon est un matériau qui absorbe l’humidité : son stockage dans un endroit sec est primordial.

Le contrôle de l’humidité est primordial quand il s’agit de PA6 (crédits photo : Sharebot)

Le PET, un filament pour imprimante 3D plus technique

Le PET est une matière bien connue de l’industrie puisqu’il compose les bouteilles en plastique d’aujourd’hui. En impression 3D, il est plus connu sous la forme de PETG, c’est-à-dire avec l’ajout de glycol pour réduire son aspect cassant. Il est principalement réputé pour sa transparence et sa compatibilité avec un contact alimentaire. Par exemple, de nombreux emballages et conteneurs sont imprimés avec du PETG. C’est une bonne alternative au PLA ou à l’ABS.

Le POM

Le polyoxyméthylène, ou POM, est un semi-cristallin qui fait de plus en plus parler de lui en impression 3D. Présentant d’excellentes propriétés chimiques, il est résistant à la chaleur, aux chocs et à l’abrasion te possède de bonnes propriétés de glissement. On peut donc imprimer en 3D une variété d’applications avec le POM comme des boucles de sac à dos, des éléments qui ont besoin de résister à la chaleur sur la durée, ou encore des roues dentées. C’est un filament qui reste toutefois assez difficile à imprimer car il nécessite une bonne gestion thermique – plateau, extrudeur et chambre. Notez également qu’il existe peu de fabricants de ce type de filament pour imprimante 3D comparé à des matières comme le PLA ou l’ABS.

Le POM est de plus en plus répandu en impression 3D (crédits photo : POM)

Le polycarbonate, un filament pour imprimante 3D amorphe

Le polycarbonate (PC) est principalement utilisé pour sa solidité et sa transparence. Ce n’est pas un thermoplastique facile à imprimer car il nécessite des températures d’extrusion plus élevées ainsi qu’un plateau chauffant. Il est particulièrement prisé dans le secteur optique car il est moins dense que le verre et résiste à des températures allant de -150°C à 140°C. Typiquement, on peut imprimer en 3D des écrans de protection ou des pièces optiques avec du polycarbonate. Ce filament pour imprimante 3D est en tout cas de plus en plus répandu dans l’offre des fabricants du secteur.

Les thermoplastiques hautes performances (HPP)

Cette dernière catégorie de polymères est réputée pour être plus exigeante : les thermoplastiques qui la constituent nécessitent en effet de hautes températures de fusion et présentent des caractéristiques qui se rapprochent de celles de certains métaux. En fabrication additive, ce sont des filaments qui auront besoin d’une haute température d’extrusion, d’un plateau chauffant et d’une enceinte fermée. La gestion thermique est capitale pour ce type de matière.

Les HPP sont des matériaux exigeants qui nécessitent une excellente gestion thermique (crédits photo : 3DGence)

Les HPP semi-cristallins

Le PEEK est sans doute le filament pour imprimante 3D le plus répandu dans cette catégorie. Appartenant à la famille des PAEK, il nécessite une température d’extrusion d’environ 400°C, d’un plateau pouvant atteindre les 230°C et d’une enceinte chauffée à 120°C. Le PEEK est réputé pour son ratio poids/résistance et peut résister à des températures élevées. Il est stérilisable, ce qui en fait un matériau de choix pour l’impression d’implants sur-mesure. C’est un filament pour imprimante 3D qui reste exigeant, fait appel à une certaine maîtrise du processus d’impression 3D et qui reste assez cher.

Le PPS est également un thermoplastique haute performance semi-cristallin, réputé pour sa résistance chimique et ses propriétés mécaniques. Il est principalement utilisé dans le secteur automobile, l’oil & gas et l’électronique. Sa température d’extrusion se situe davantage autour des 300°C ;  il nécessite lui aussi un plateau chauffant et une enceinte fermée.

Le PEEK est souvent utilisé pour imprimer en 3D des implants sur-mesure (crédits photo : FossiLabs)

Les filaments haute température amorphes

Dans cette catégorie, on peut d’abord citer le PEI, un filament pour imprimante 3D aujourd’hui commercialisé par SABIC sous la marque ULTEM. Moins cher que le PEEK, il répond aux normes feu/fumée, faisant de lui un matériau idéal pour le secteur aérospatial. Le PEI est aussi résistant aux fluides automobiles, hydrocarbures, alcools et solutions aqueuses. Il peut être stérilisé et compatible avec un contact alimentaire.

Enfin, on peut ici évoquer la famille des sulfones, notamment le PPSU et le PSU. Ce sont des thermoplastiques très intéressants en termes de propriétés thermiques et de caractéristiques feu/fumée. Ils affichent également une bonne isolation électrique et des propriétés diélectriques. Ce sont des matériaux prisés dans l’industrie du transport, que ce soit le ferroviaire, l’aérospatial ou encore l’automobile.

Crédits photo : Pollen AM

Les filaments pour imprimante 3D composites et flexibles

Pour terminer, il est important de mentionner les filaments composites et les matériaux élastiques. Concernant les composites, ce sont des matériaux composés d’une matrice – PLA, nylon, polycarbonate, etc. qui est renforcée par des fibres, le plus souvent du carbone. On peut aussi avoir du verre, de l’aramide, etc. Ces dernières vont augmenter la résistance du filament tout en optimisant son poids. Sachez qu’il existe aujourd’hui différentes méthodes de placement des fibres, celles-ci étant plus ou moins longues.

Enfin, les filaments flexibles comme le TPU font partie de l’offre de matériaux en FDM. Ce sont des matières souples réputées pour leur résistance à l’usure et aux chocs. Ils sont particulièrement intéressants dans la production de pinces ou de semelles orthopédiques. Attention toutefois, ils sont sensibles aux hautes températures.

Le TPU est une matière flexible (crédits photo : ALSIMA)

*Crédits photo de couverture : AGRU

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