Quelles sont les caractéristiques du nylon en impression 3D ?

Le nylon est un polymère très répandu dans le secteur de la fabrication additive. Ce thermoplastique disponible aujourd’hui sous forme de poudre ou de filament pour les technologies comme le SLS, le Multi Jet Fusion ou encore le dépôt de matière fondue. On l’appelle aussi polyamide (PA) : ces plastiques sont classés selon leur composition chimique, et notamment selon le nombre d’atomes de carbone qu’ils contiennent – les plus connus sur le marché de l’impression 3D sont sans aucun doute le PA12 et le PA11, ainsi que le PA6 pour le FDM. Mais quelles sont les caractéristiques du nylon en impression 3D ? Quels sont les fabricants du marché et quelles applications sont généralement conçues avec ce polymère ? On vous explique tout !

C’est en 1935 que le nylon apparaît pour la première fois : développé par Wallace Carothers qui travaille alors chez le chimiste DuPont, le polymère est commercialisé trois ans plus tard sous la forme d’une brosse à dents ! On retrouvera le nylon principalement dans l’industrie du textile grâce à son extensibilité et sa résistance : il sera utilisé en 1940 pour la première fois dans la production de bas pour femmes. Il est rapidement employé par la suite dans l’industrie automobile de par sa résistance et ses qualités de frottement.

Le frittage laser reste le procédé le plus utilisé quand il s’agit d’imprimer du nylon

Le nylon en impression 3D FDM/FFF : les filaments

Si on se penche sur les filaments, le nylon est le plus souvent disponible avec 6 atomes de carbone, plus communément appelé PA6. C’est un filament qui présente de nombreuses caractéristiques intéressantes, notamment une grande souplesse, une résistance aux chocs ou à l’abrasion. Finalement, ses propriétés mécaniques sont assez proches de l’ABS. Toutefois, notez que le nylon exigera la présence d’un plateau chauffant (autour de 80°C) au sein de l’imprimante 3D du fait des ses difficultés d’adhérence au plateau d’impression 3D. Il faudra aussi soigner le stockage du matériau car il absorbe rapidement toute l’humidité qui l’entoure (matériau hygroscopique) ce qui pourrait rendre l’impression plus compliquée par la suite. Côté température d’extrusion, l’imprimante 3D devra monter jusqu’à 250°C, voire 220°C pour certains types de nylon.

Les filaments de nylon sont une bonne alternative au polycarbonate car ils sont plus faciles à imprimer. Ils présenteront une meilleure durée de vie, idéal donc pour imprimer des pièces qui nécessitent une résistance au temps. On viendra donc imprimer de l’outillage, des charnières ou encore des composants de machine qui ont besoin d’une bonne résistance.

Crédits photo : Sharebot

Parmi les principaux fabricants de filaments nylon, on retrouve Taulman3D, XStrand, Neofil3D ou encore des fabricants de machines comme Zortrax et Ultimaker. Sachez que le nylon peut être renforcé en fibres de carbone ou en fibre de verre. Côté prix, il faut comptez entre 25€ et 40€ selon les marques pour une bobine classique (500 grammes, diamètre 1,75 mm) ; si vous choisissez un matériau composite, le prix peut vite grimper autour des 60-70€.

Les polyamides sous forme de poudre

Le dépôt de matière fondue n’est pas le procédé le plus répandu pour imprimer en 3D du nylon : le frittage laser est le plus utilisé. Le nylon sera donc disponible sous forme de poudre, généralement du PA12 ou du PA11. Commençons par le PA12, le plus répandu dans l’industrie : il offre des propriétés mécaniques et thermiques très élevées (grande rigidité, extrêmement solide même à des températures très basses, résistant au stress, etc.) ainsi qu’une résistance à différents produits chimiques. Comparé aux filaments, il absorbe peu l’humidité et est également très facile à traiter après impression (peinture, teinture, etc.). Il est également bio-compatible : il peut être utilisé pour produire des pièces en contact avec la peau ce qui en fait un matériau intéressant pour le médical, notamment dans la fabrication de prothèses. Le PA12 est très apprécié pour la fabrication d’engrenages, de charnières, ou encore pour remplacer certains plastiques utilisés dans le moulage par injection.

Une pièce imprimée en 3D avec du PA12 (crédits photo : Sculpteo)

On retrouve également le PA11 sur le marché de la fabrication additive. Il est bio-sourcé, issu notamment de l’huile de ricin alors que le PA12 est lui dérivé du pétrole. On peut donc dire assez facilement que le PA11 est plus respectueux de l’environnement. Il partage les caractéristiques du PA12 à quelques différences près : le PA11 a une meilleure stabilité thermique, une plus grande résistance à la lumière et aux UV et présentera une bonne élasticité. Les pièces imprimées en 3D avec ce polyamide auront également une plus longue durée de vie ce qui en fait un matériau idéal pour produire des pièces finies ou des prototypes fonctionnels intégrant des propriétés mécaniques élevées. Il absorbe un peu plus l’humidité que le PA12.

Le chimiste français Arkema est sans doute le plus gros producteur de poudre PA11 aujourd’hui, commercialisée sous le nom de Rilsan PA11 depuis les années 1950. L’allemand BASF a rejoint la course avec sa marque Ultrasint, compatible avec les machines HP Multi Jet Fusion et quelques modèles d’imprimantes SLS. Le groupe produit également du PA6. Pour le PA12, on retrouvera de chimistes comme Arkema et Evonik tandis que EOS, 3D Systems ou Farsoon proposent leur propre poudre développées en partenariat avec les chimistes. À noter que l’on retrouve également de nouvelles poudres polyamides chargées, à base de fibres de carbone ou de kevlar mais aussi de billes de verre par exemple.

Crédits photo : HP

Enfin, le procédé HP Multi Jet Fusion est un grand utilisateur de polyamides, que ce soit du PA12 ou du PA11. La particularité de la technologie HP est qu’elle permet d’offrir un taux de recyclage plus important en comparaison à la technologie SLS classique, jusqu’à 70% environ de la poudre non-utilisée pendant l’impression 3D, qui est alors mélangée à de la poudre polyamide vierge, minimisant ainsi le taux de déchet. Autre point intéressant, HP propose désormais la possibilité de teindre pendant l’impression 3D la poudre polyamide avec sa gamme d’imprimantes 3D 380/580, permettant d’obtenir des pièces polychromes.

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