Les matériaux ignifuges pour l’impression 3D

D’après la définition de Merriam-Webster, un matériau ignifuge (retardateur de flamme) est celui qui est « fabriqué ou traité de manière à résister à la combustion ». En d’autres termes, tandis que les matériaux résistant à la flamme permettent de maintenir un fonctionnement normal en cas d’incendie, un matériau ignifuge empêche activement la propagation du feu. En 2022, le marché de ces matériaux était évalué à 8,63 milliards d’euros, et ils sont utilisés dans divers domaines tels que l’ameublement, les textiles, l’électronique et même la construction. Leur importance s’accroît également dans le domaine de la fabrication additive, notamment pour les pièces finales où le risque d’incendie est présent. Une variété de solutions est disponible sur le marché, incluant des filaments, des résines et des poudres, et nous examinerons de plus près ces options dans la liste suivante.

Les filaments

Les matériaux hautes performances

Les matériaux hautes performances représentent un ensemble de polymères capables de résister à des environnements exigeants, que ce soit en termes de température mais aussi de sollicitation mécanique et chimique. Ce sont des matériaux qui ont des profils thermiques complexes et qui sont souvent utilisés pour des applications industrielles, principalement dans les secteurs de l’aérospatiale, automobile et ferroviaire. Ils sont généralement intrinsèquement ignifuges.

Si on commence par le PEEK, qui appartient à la famille du PAEK, il présente une haute température d’inflammabilité, en plus d’être mécaniquement et chimiquement très résistant. Les fabricants de PEEK sous forme de filament sous nombreux – on peut notamment citer Victrex, Evonik, 3DXTech, etc. On peut aussi citer le PEKK, un matériau ignifuge qui n’émet pas de fumées toxiques. C’est un polymère très résistant à l’usure et aux fluides. Enfin, difficile de ne pas mentionner le PEI – ou ULTEM – quand on parle de PEEK et de PEKK. Le thermoplastique est lui aussi ignifuge. D’ailleurs, l’ULTEM™ 9085 est certifié pour les applications à faible taux de feu, fumée et toxicité (FST) et son classement d’inflammabilité est UL 94 V-0.

Toujours dans les matériaux hautes performances, le PVDF (polyfluorure de vinylidène) a un caractère ignifuge. Il est réputé pour sa très grande résistance chimique et son faible coefficient de frottement – il est notamment prisé dans la production d’écrous, de vis, etc. Côté fabricants de filaments pour la fabrication additive, Nanovia et Solvay proposent du PVDF.

Enfin, nous pouvons terminer avec le PPSU qui, en plus de son profil thermique intéressant, est réputé pour être extrêmement résistant à l’hydrolyse, à l’eau et aux impacts. Forward AM, la marque de BASF, propose un filament PPSU pour l’impression 3D qui va être très adapté à l’industrie aérospatiale.

Pièces imprimées en 3D avec du PPSU (crédits photo : Zortrax)

Polycarbonate (PC)

Le polycarbonate (PC) est un thermoplastique qui se distingue par sa transparence, raison pour laquelle il est connu comme un matériau semblable au verre. En plus de cette caractéristique distinctive, il possède une grande robustesse, une résistance aux chocs et à l’abrasion ainsi qu’une résistance mécanique allant jusqu’à 140 °C. Il est intrinsèquement ignifuge et il est capable de résister à des stérilisations répétées à la vapeur. Sa résistance demeure élevée même à des températures aussi basses que -20 °C. Les polycarbonates sont couramment utilisés comme filaments dans l’impression 3D dans une multitude de secteurs, notamment pour la fabrication de prototypes. Leurs applications s’étendent à la production de phares de voiture, de composants de construction, de pièces moulées, ainsi que de boîtiers translucides pour les équipements électriques. Remontant à 1958, le premier polycarbonate industriel a été introduit sur le marché par Bayer en Allemagne. Aujourd’hui, divers fabricants tels que Polymaker, Kimya et UltiMaker proposent ce matériau, reflétant sa popularité et son utilité croissantes dans de nombreux domaines industriels et de fabrication.

Crédits photo : 3djake

D’autres matériaux ignifuges

Bien que largement utilisés pour leur robustesse et leur polyvalence dans l’impression 3D, l’ABS et le polyamide (nylon), deux thermoplastiques populaires ne sont pas intrinsèquement ignifuges. Cependant, ils peuvent être rendus ignifuges en les modifiant et en leur ajoutant certains additifs spécifiques. Sur le marché, on trouve des filaments ABS retardateurs de flamme tels que le Fire FR-ABS de 3DXTech, fabriqué à partir d’un ABS ignifuge de haute qualité, classé UL94 V-0, ce qui signifie qu’il offre une excellente résistance au feu. Ce type de filament est idéal pour des applications dans des secteurs tels que l’automobile ou l’aérospatial, car il présente des caractéristiques d’auto-extinction. De même, le filament polyamide PA Rail Nanovia répond aux normes d’ininflammabilité, étant spécialement conçu pour répondre aux exigence du secteur ferroviaire. Composé de polyamide (nylon) et de retardateurs de flammes céramiques, ce filament assure une sécurité accrue en cas d’incendie en empêchant la propagation des flammes.

Crédits photo : Polyfab3D

Les résines

Résine ignifuge de Formlabs

La résine ignifuge constitue une solution efficace et peu coûteuse pour la fabrication de pièces auto-extinguibles via la technologie SLA (stéréolithographie). Cette résine, conçue pour résister à des températures élevées sans propager de flammes en cas d’incendie, offre une solution adaptée aux industries soumises à des normes strictes telles que l’aérospatiale, l’aviation, l’électronique et la médecine. En répondant à la norme UL 94 V-0, elle garantit la production de pièces sûres et fiables, même dans des environnements industriels à haute température et à proximité de sources d’inflammation. Après un post-traitement à 80 °C pendant 120 minutes, ces pièces affichent une température de fléchissement sous charge de 111 °C à 0,45 MPa, garantissant ainsi leur solidité et leur fonctionnalité à long terme.

Crédits photo : Formlabs

Le matériau ignifuge EPX 86FR

EPX 86FR est une résine ignifuge développée par le fabricant Carbon. Elle se caractérise par sa ténacité et sa résistance, offrant une solution viable dans des environnements exigeants. Dotée de propriétés auto-extinguibles et certifiée BlueCard, elle répond aux normes les plus strictes en matière de sécurité incendie. De plus, l’EPX 86FR résiste efficacement aux hautes températures, aux chocs thermiques, aux produits chimiques ainsi qu’aux variations d’humidité sans compromettre ses propriétés mécaniques essentielles. Cette résine trouve son application dans divers secteurs où la ténacité, la résistance au feu, ainsi que la précision et la qualité de surface sont des critères essentiels. Ce matériau est donc largement utilisé dans l’industrie, les biens de consommation et l’industrie automobile. Des exemples concrets d’utilisation incluent la fabrication de boîtiers et de supports électroniques, de connecteurs et de serre-câbles.

Crédits photo : Carbon

Cubicure Evolution FR

Cubicure Evolution FR est le premier de sa catégorie à obtenir la classification UL94 V0, ce qui en fait un choix optimal pour des secteurs tels que l’électronique et les transports. Ce matériau offre une précision et une qualité de surface remarquables, tout en ayant une résistance à la chaleur allant jusqu’à 80 °C. Cubicure Evolution FR permet des impressions 3D précises avec des résolutions allant jusqu’à 10 µm. En tant que premier photopolymère ignifugé pour l’impression 3D résine, il représente une solution pour la production de pièces détachées et de prototypes fonctionnels. Sa classification UL94 V0 garantit l’auto-extinction des flammes en seulement 10 secondes, une caractéristique jusqu’alors réservée aux matériaux utilisés dans les processus d’extrusion et de fusion laser sur lit de poudre. Avec sa composition sans halogène et sa conformité aux normes de sécurité les plus rigoureuses, Cubicure Evolution FR se positionne comme une option de choix pour l’impression 3D industrielle, notamment dans des applications où l’ignifugation est d’une importance cruciale.

Crédits photo : Cubicure

Résine 3955 HDT280 FST

Développée par Loctite, la résine ignifuge 3955 HDT280 FST présente de très bonnes propriétés physiques et de finition de surface. En tant que matériau sans halogène de haute performance, répondant à la norme UL94-V0, il est idéal pour la fabrication additive de connecteurs, clips, prises, boîtiers électroniques et pièces intérieures pour les industries les plus exigeantes. Grâce à ses performances lors des tests de combustion verticale, cette résine est parfaitement adaptée aux normes aérospatiales FST, garantissant ainsi la sécurité et la fiabilité des pièces fabriquées. Ainsi, les pièces imprimées en 3D avec cette résine, principalement à l’aide de la technologie DLP industrielle, ne se déformeront pas dans des environnements thermiquement difficiles. Cela ouvre la voie à son utilisation dans des secteurs tels que l’aérospatiale et le ferroviaire.

Les poudres

Le matériau ignifuge PA 2210 FR

Le polyamide hautement ignifuge PA 2210 FR est un matériau de haute performance, certifié UL Blue Card et conforme à la norme CS/FAR 25.853, qui convient à diverses applications dans de nombreux secteurs. Ce matériau sans halogène et donc non toxique présente des propriétés mécaniques avancées, affichant une résistance à la traction de 46 MPa et une résistance à la flexion de 65 MPa. Le PA 2210 FR offre une liberté de conception accrue pour les pièces complexes, et permet la fabrication de composants de grande taille, tandis que son épaisseur de couche de 0,15 mm garantit la reproduction fidèle de détails complexes et de caractéristiques précises. Ses propriétés de faible inflammabilité en font un choix particulièrement pertinent dans des environnements où la prévention des incendies est une priorité, notamment dans les domaines de la construction, des transports, de l’aérospatiale et de l’électronique.

Crédits photo : Materialise

Le matériau ignifuge DuraForm® FR 100

DuraForm® FR 100, un thermoplastique ignifuge de 3D Systems, est une solution développée pour réduire la production de fumée et les sous-produits toxiques lors de la combustion. Conforme à la norme UL94 V-0, ce matériau répond aux normes environnementales les plus strictes pour une gamme variée d’applications grand public. Disponible sous forme de poudre, ce matériau offre une haute ténacité et une bonne résistance aux chocs, le rendant idéal pour l’impression 3D, notamment pour le frittage sélectif par laser ou SLS. Le DuraForm® FR 100 est spécialement conçu pour répondre aux besoins des secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile et des biens de consommation, nécessitant une protection contre les flammes et une faible toxicité des fumées. Il trouve ainsi des applications dans la fabrication de cabines d’avion, d’appareils électriques, de drones et de boîtiers. 

Crédits photo : 3D Systems

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