Filaments vs Granulés : quel type de plastique choisir en impression 3D ?

Les plastiques sont sans aucun doute l’une des familles de matériaux les plus utilisés en fabrication additive. Compatibles avec une large variété de procédés, ils offrent de multiples propriétés et caractéristiques aux pièces, qu’il s’agisse de prototypes, d’outillage ou encore d’objets d’utilisation finale. Disponibles sous plusieurs formes – filaments, granulés, poudres, résines – ils répondent aux besoins et exigences des industriels, quel que soit leur secteur d’activité. Alors que nous comparions les poudres aux résines plastiques il y a quelques mois, il est temps de revenir sur deux autres familles de polymères, à savoir les filaments et les granulés. Quels sont leurs caractéristiques et leurs applications ? Avec quel(s) procédé(s) d’impression 3D sont-ils compatibles ? Quels sont les fabricants du marché et le prix de ces matériaux ? On vous dit tout dans ce nouvel article dédié ! 

Les filaments et les granulés sont deux formes de matériaux actuellement compatibles avec la fabrication additive et bien qu’il existe aujourd’hui des solutions métalliques et céramiques, nous nous concentrerons uniquement sur les plastiques. Avant toute chose, il est nécessaire de revenir sur la définition d’un granulé et d’un filament plastique. Le granulé plastique, ou pellet en anglais, est une sorte de petite bille de 0,5 cm de diamètre qui peut être fondu, moulé ou extrudé pour fabriquer toutes sortes d’objets en plastique. Les granulés plastiques sont donc un élément clé de l’industrie chimique. Ils peuvent être utilisés en fabrication additive avec des machines spécifiques. Le filament est quant à lui un thermoplastique obtenu en mélangeant des granulés plastiques ou des chutes de plastique broyé avec plusieurs additifs. L’utilisation d’une extrudeuse de filament est nécessaire pour avoir cet aspect en tube. Après plusieurs étapes de refroidissement, le filament passe dans une enrouleuse pour obtenir une bobine qui sera ensuite utilisée par une imprimante 3D.  

Afin de fabriquer du filament pour imprimante 3D, il faut des granulés plastiques (crédits photo : Capifil)

Caractéristiques et propriétés des filaments et des granulés 

La production de plastiques est un marché gigantesque avec des chiffres en hausse ces dernières années, que ce soit en termes de fabrication, d’emplois ou encore d’investissements. Ces plastiques peuvent prendre différentes formes à la sortie de la raffinerie : liquides, poudres ou granulés. Dans tous les cas, ils sont ensuite mis en forme pour produire toutes sortes de pièces, que ce soit par moulage, injection, thermoformage et bien sûr par extrusion. Si l’on s’intéresse tout d’abord aux granulés plastiques industriels, il faut savoir qu’ils sont extrêmement nombreux sur le marché et offrent de multiples propriétés et caractéristiques selon leur composition chimique. Selon le décret français n°2021-461, ils sont définis comme des “matières plastiques commercialisées sous différentes formes, dont les dimensions externes sont supérieures à 0,01 mm et inférieures à 1 cm« . Ils peuvent aussi avoir différentes couleurs. 

Les granulés plastiques industriels sont un mélange entre le polymère lui-même et des additifs chimiques. Plusieurs polymères sont employés dans cette fabrication, on retrouve principalement du polyéthylène (PE), du polypropylène (PP), du polyéthylène téréphtalate (PET), du polystyrène (PS) ou encore du PVC. Bien évidemment, en fonction du granulé plastique choisi, on obtiendra des caractéristiques mécaniques et des propriétés chimiques très différentes.  

Les granulés plastiques sont largement disponibles sur le marché (crédits photo : DEKRA Industrial)

L’un des avantages du granulé en impression 3D est qu’il est déjà employé dans des technologies de fabrication plus traditionnels comme le moulage par injection. Cela veut donc dire que si vous utilisez une matière qualifiée en fabrication additive, vous pourrez employer la même si vous basculez sur de l’injection, sans passer par une étape de qualification. C’est un avantage considérable très apprécié pour la réalisation de prototypes dit « bonne matière » mais aussi pour fabriquer des pièces finies avec des matériaux déjà reconnus par les industriels.  

Si on s’intéresse maintenant aux filaments, leur processus de fabrication est plus long car il s’agit de transformer les granulés plastiques en tubes capables d’être extrudés. Plusieurs étapes sont donc nécessaires : on commencera par enlever l’humidité des granulés. Puis, ces derniers sont fondus pour pouvoir passer dans une extrudeuse, outil qui viendra donner cette forme tubulaire à notre filament. Une fois formé, le filament est refroidi dans des bains adaptés. Il sera ensuite mis en bobine pour être utilisé sur une imprimante 3D.  

Dans ce processus de transformation du granulé en filament, il faut savoir que des additifs sont ajoutés, ce qui vient forcément altérer la matière première. En utilisant un filament pour imprimer en 3D une pièce, il faudra passer par une étape supplémentaire de qualification de la matière. En termes de plastiques compatibles, on va retrouver plusieurs types de polymère, du PLA à l’ABS en passant par des élastomères et des plastiques haute performance comme le PEEK ou le PEI. En fonction du filament choisi, les propriétés de la pièce seront différentes : si on cherche de la transparence, on optera plutôt pour du polycarbonate alors que si on souhaite de la résistance mécanique, on choisira du PEEK.  

Sachez que certains plastiques sont plus difficiles à transformer en filament de par leur composition chimique : on aura donc un choix plus large en termes de matériaux si on choisit l’impression 3D de granulés. 

L’usine de production de filaments de KIMYA (crédits photo : Hervé Boutet)

Procédé d’impression 3D compatible 

Que vous optiez pour des granulés plastiques ou du filament, le procédé d’impression privilégié est l’extrusion, plus spécifiquement le dépôt de matière fondue (FDM/FFF) pour les filaments et le Fused Granulate Fabrication (FGF) pour les granulés. Le principe est fondamentalement le même : on vient chauffer la matière plastique qui va passer par un extruder pour être déposée sur un plateau couche par couche pour former l’objet final. La différence va résider dans l’outil utilisé pour réaliser cette extrusion.  

Dans le cas des filaments, les imprimantes 3D ont recours à un extrudeur doté d’un moteur pas-à-pas et d’une roue crantée qui permettent de faire avancer ou reculer le filament. Au bout de ce feeder se trouve un bloc chauffant qui, comme son nom l’indique, chauffe le matériau. Celui-ci passe alors dans une buse, d’un diamètre qui varie entre 0,4 et 0,8 mm, qui se déplace pour déposer le filament sur le plateau. En fonction du matériau que vous utilisez, il faudra une buse en laiton ou en cuivre, une enceinte chauffée, un plateau chauffant, etc. C’est notamment le thermoplastique qui définira le type de machine nécessaire et vos paramètres d’impression.   

Pour les granulés, le procédé d’extrusion est un peu différent : l’imprimante 3D utilise en effet un système de trémie qui permet d’absorber les billes plastiques et de les pousser jusqu’à la zone de fusion. Les granulés sont alors ramollis et éjectée par la buse qui peut alors déposer couche par couche le matériau sur le plateau d’impression. Sachez que cette buse peut avoir différents diamètres, généralement plus larges que ceux utilisés sur les imprimantes 3D FDM qui ont recours aux filaments. Enfin, ce type de système d’extrusion peut être installé sur des bras robotisés pour offrir une plus grande surface d’impression et flexibilité 

Le système d’extrusion pour les granulés plastiques est différent de celui des filaments (crédits photo : Pollen AM)

L’emploi de granulés plastiques permettra d’obtenir des vitesses de dépôt plus élevées que l’utilisation d’un filament et des volumes plus larges. En revanche, la précision et la résolution seront moins importantes. On privilégiera donc l’impression 3D de granulés pour des pièces grand format puisqu’il n’est pas nécessaire de changer la bobine de filament, la machine étant capable d’extruder une plus grande quantité sans s’interrompre. A noter toutefois que l’imprimante 3D de granulés ne peut pas effectuer de rétractation du matériau ce qui pourra créer un écoulement du plastique au niveau de la buse plus important que sur une machine FDM. Pour interrompre le flux de matière, il faudrait arrêter ou bloquer la buse. On aura donc intérêt à se tourner vers l’impression 3D de filaments pour concevoir des pièces plus complexes et détaillées.  

Les applications des filaments ou des granulés en impression 3D 

Globalement, les applications de l’impression 3D de granulés ou de filaments sont assez similaires : prototypage, outillage, pièces finies, le spectre est large. Mais vous l’aurez compris, il existe quelques différences essentielles à prendre en compte avant de se lancer dans l’un ou l’autre.  

Côté filaments, de par leur polyvalence et leur disponibilité sur le marché, ils offrent une grande variété d’applications. Ils se prêtent bien à la création de pièces de taille modestes, mais également à des projets nécessitant un certain niveau de détail et de précision. Les filaments sont largement employés dans le domaine du prototypage rapide permettant aux concepteurs et ingénieurs de créer des modèles et de multiplier les tests pour évaluer des concepts avant la production finale. En fonction des propriétés du filament en question, il est possible de concevoir des pièces pour l’industrie automobile, aéronautique, alimentaire, médical, etc. Certains thermoplastiques seront en effet résistants au feu, à la fumée ; d’autres sont biocompatibles ; certains sont renforcés en fibres de carbone pour être plus résistants tout en restant légers.  

Fauteuil Steam conçu par Slicelab et imprimé avec des granulés PETG sur l’imprimante 3D EXT 1270 Titan Pellet

Si on se penche sur les granulés, ce qui est particulièrement intéressant est qu’il est possible de créer des formulations sur-mesure en mélangeant différents types de plastique. Cette polyvalence ouvre la porte à une multitude d’applications, notamment dans le secteur de la santé, où des matériaux biocompatibles peuvent être développés pour la fabrication de prothèses et d’implant sur mesure. Dans le secteur automobile, les granulés sont employés pour créer des pièces personnalisées comme des éléments de tableau de bord, des supports de câbles, des caches moteurs et des composants mécaniques, accélérant le processus de développement et réduisant les coûts. Ils sont également prisés dans le secteur du design pour fabriquer des meubles et objets de décoration plus volumineux. Enfin, sachez qu’il est possible de concevoir des granulés à partir de matières recyclées, favorisant la logique d’économie circulaire, un concept particulièrement important dans notre société actuelle. Ces mêmes granulés recyclés pourront quant à eux servir à la production de filaments. 

Enfin, comme mentionné plus tôt dans l’article, utiliser des granulés en fabrication additive est particulièrement intéressant pour le prototypage matière. Comme la matière première est la même en impression 3D et en injection, un opérateur pourra imprimer en 3D ses prototypes, les soumettre à des tests et certifications avant de passer à la production en série, sans passer par des étapes de certification supplémentaire. C’est un gain de temps considérable pour les industriels. 

Le prix des matériaux 

Les filaments sont largement disponibles sur le marché et sont plus souvent abordables pour les débutants. Ils sont vendus sous la forme de bobine, généralement de 750 grammes, ce qui facilite leur gestion et leur stockage. Les prix varient en fonction du type de filament, mais en général, vous pouvez vous procurer une bobine de PLA, l’un des matériaux les plus populaires, pour environ 20 à 30 euros. Cependant, certains filaments plus spécifiques, tels que le filament flexible ou composite, peuvent être plus coûteux, allant de 30 à 50 euros par bobine. De plus, si vous imprimez fréquemment de grands objets, le coût des filaments peut grimper rapidement. 

Les granulés, contrairement aux filaments, sont généralement vendus en sacs de plusieurs kilogrammes, ce qui signifie que vous pouvez acheter une grande quantité de matériau en une seule fois. Cela peut représenter un investissement initial plus élevé, car les prix des sacs de granulés peuvent varier de 50 à 100 euros ou plus, selon le type de plastique et la quantité. D’un point de vue purement financier, les granulés l’emportent souvent sur les filaments. Le prix au kilo des granulés est moins cher que celui des filaments, principalement en raison du processus de transformation nécessaire pour créer ces derniers. En revanche, un utilisateur qui souhaitera acheter une petite quantité de granulés plastiques pourra rencontrer des difficultés à trouver la quantité voulue.  

Il faut donc garder à l’esprit que, bien que le prix initial des granulés puisse sembler plus élevé en raison de l’achat en vrac, il peut se révéler plus avantageux à long terme pour les utilisateurs fréquents d’impression 3D. Cela dépendra bien sûr de vos besoins et de votre budget.  

Une bobine de filament reste relativement accessible (crédits photo : La Nouvelle Ecole)

Les fabricants de filaments et de granulés du marché 

Sur le marché de l’impression 3D, on trouve une multitude de fabricants de filaments et de granulés, chacun apportant sa contribution à cette industrie en pleine croissance. Comme expliqué précédemment, les filaments sont largement prisés pour leur simplicité d’utilisation et leur accessibilité. Des entreprises telles que Polymaker, 3DXtech, 3D4Makers, Nanovia, ColorFabb offrent une vaste gamme de filaments de haute qualité, du PLA au PETG en passant par l’ABS. Les grands chimistes contribuent largement à cette industrie, certains ayant développé leur propre marque de filaments, à l’image de BASF ou d’Evonik. 

Côté granulés plastiques, les fabricants sont davantage ces mêmes groupes de chimie – Arkema ou SABIC pour n’en nommer que deux. On a également des acteurs comme Felfil, 3DXtech ou Xtellar. Certains se sont même spécialisés dans la production de granulés plastiques à partir de déchets revalorisés comme l’américain re3D ; d’autres se concentrent à la fois sur la production de granulés et de filaments comme KIMYA.

Enfin, si on se penche sur les fabricants de machines compatibles avec ce type de plastique, sachez que le choix est vaste, particulièrement pour les filaments. On retrouve des acteurs historiques comme Stratasys, UltiMaker ou encore Zortrax. De plus en plus d’acteurs arrivent sur ce marché, avec des solutions de bureau, professionnelles ou industrielles. Si vous êtes intéressés par le Made In France, sachez qu’on vous a préparé une liste de fabricants FDM/FFF ICI. Côté granulés, on peut citer les fabricants Arburg et Pollen AM, mais aussi 3D Systems qui a racheté en 2022 la société Titan Robotics ou encore AIM3D. La liste n’est évidemment pas exhaustive.

Crédits photo : 3Dnatives

En conclusion, les deux types de plastique présentent des avantages de production bien adaptés aux différentes situations de fabrication. Veillez à utiliser le bon matériau pour maximiser l’efficacité de votre processus de fabrication additive ! 

Et vous, vous êtes plutôt filaments ou granulés ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !