Peinture vs Teinture : quelle méthode de coloration choisir pour l’impression 3D ?
Dans le domaine de la fabrication additive, on trouve une grande variété de technologies. Certaines d’entre elles sont capables d’imprimer directement des pièces en couleur. En revanche, la grande majorité d’entre elles conçoivent les pièces dans une couleur standard et l’opérateur applique la touche de couleur lors de la phase de post-traitement. En fait, dans de nombreuses industries et applications, telles que les biens de consommation, le fait d’avoir des pièces colorées peut être une caractéristique essentielle des produits finaux. Par conséquent, la mise en œuvre de techniques de post-traitement capables d’appliquer la couleur à des modèles fraîchement imprimés peut grandement faciliter les processus de production. Deux des méthodes les plus couramment utilisées dans l’impression 3D sont la peinture et la teinture.
Bien qu’à première vue elles puissent sembler très similaires, la vérité est que, selon la technologie de fabrication additive utilisée, les matériaux et les utilisations finales, il sera plus approprié d’utiliser l’une ou l’autre. Il convient de mentionner que certaines technologies d’impression 3D permettent de créer des pièces multicolores directement au cours du processus de fabrication. Ces méthodes comprennent le jet de matière, le liage de poudre et la double extrusion de filament. Pour toutes les autres technologies polymères, des étapes supplémentaires seront nécessaires pour appliquer la couleur aux pièces finales. Pour mieux comprendre les différences entre la teinture et la peinture, voici une comparaison entre les deux processus, en mettant l’accent sur les matériaux polymères uniquement.
La peinture et la teinture sont deux techniques de post-traitement largement utilisées dans l’impression 3D.
Comment fonctionnent ces deux procédés ?
Peinture
La peinture consiste à colorer les pièces en appliquant des peintures acryliques ou des émaux. En fonction de l’application finale, on optera pour une peinture manuelle ou automatisée. Dans les deux cas, le processus comporte plusieurs étapes, qui se déroulent dans la phase finale de post-traitement : l’application d’un apprêt pour préparer la surface, la couche de base (couleur) et, enfin, la couche transparente (émail) pour protéger la pièce finie. En ce qui concerne le processus manuel, bien qu’il soit possible de peindre au pinceau, la peinture au pistolet est la plus répandue, même au niveau professionnel, car elle permet d’obtenir une coloration plus uniforme.
La préparation de la pièce est essentielle avant toute opération de coloration. Évidemment, cela dépendra beaucoup de la technologie, des matériaux utilisés et de l’application finale de la pièce, qui peut nécessiter des opérations de finition de surface manuelles ou plus professionnelles. Par exemple, pour l’impression 3D SLA, après avoir retiré les structures de support, il sera nécessaire de poncer les marques laissées par les supports avant d’appliquer l’apprêt. Dans le cas des imprimantes FDM, lors du vernissage de pièces en PLA ou ABS à forte épaisseur de couche, il peut être nécessaire de poncer l’ensemble du modèle avant le vernissage afin que les lignes de couche ne soient plus visibles.
Une fois le post-traitement terminé, les supports et la résine ou la poudre du modèle enlevés et la surface poncée, la pièce doit être fixée pour être peinte, soit manuellement, soit automatiquement. La première étape consiste à appliquer une première couche d’apprêt, après quoi la surface doit être vérifiée à nouveau pour détecter d’éventuelles imperfections et, le cas échéant, être éliminée. Une autre couche d’apprêt est ensuite appliquée et, après le temps de séchage spécifié par le fabricant, la surface de la pièce est prête à être peinte. La première couche de couleur est appliquée et, si nécessaire, plusieurs couches peuvent être appliquées pour obtenir une couleur uniforme et plus intense. Enfin, un polissage final avec une couche d’émail transparent est également recommandé.
Il est important d’utiliser une protection appropriée pour peindre (crédits photo : Formlabs)
L’outil préféré peut être utilisé pour appliquer l’apprêt et la couleur. Les plus recommandés sont les aérographes et les bombes aérosols. Il est également possible d’ajouter des détails ou de dessiner sur les pièces avec des pinceaux normaux. En cas d’utilisation de systèmes automatisés, le principe est généralement le même, mais les utilisateurs sont remplacés par des robots, des distributeurs et des pistolets automatiques fonctionnant dans une chambre contrôlée.
Quant au temps de séchage final de la pièce colorée, en fonction des outils utilisés, il peut prendre jusqu’à une semaine pour que la couleur soit bien fixée sur la surface de la pièce. Pendant toutes les opérations de peinture, il est important d’utiliser des équipements de protection, tels que des gants et un masque, pour se protéger contre l’inhalation des fumées de peinture. Évidemment, avec les systèmes automatisés, ce problème disparaît. Enfin, les types de vernis, et donc le type de finition, peuvent varier en fonction du résultat final souhaité. Il existe des vernis semi-mats, semi-brillants et même métalliques pour donner, par exemple, un effet doré ou argenté.
Teinture
La teinture est un processus qui se déroule par imprégnation et absorption. La pièce est immergée dans une solution liquide de teinture à une température élevée pendant une durée déterminée. La durée de l’immersion détermine l’intensité de la couleur. La pièce absorbe ensuite la couleur dans les premières couches superficielles.
Comme pour la peinture, la préparation de la pièce est une première étape essentielle. Il faudra ensuite la nettoyer, enlever les supports, la poudre ou l’excédent de matière, et réaliser les finitions de surface nécessaires avant de pouvoir commencer la teinture. La teinture est un processus qui peut être réalisé manuellement ou à l’aide de machines spécialement conçues pour cette fonction, cette dernière option étant la plus courante dans le secteur industriel.
En ce qui concerne le type de colorant utilisé, il existe toutes sortes de couleurs sur le marché. Il est également possible d’appliquer une teinture résistante aux UV, ainsi appelée parce qu’elle présente la caractéristique supplémentaire de résister à l’exposition directe à la lumière du soleil sans perdre l’intensité de la couleur. Une autre différence fondamentale par rapport à la peinture est que la teinture est une méthode de coloration plus durable, résistante à l’usure et à la décoloration dans le temps.
Crédits photo : HP
Si vous optez pour une teinture manuelle, vous devez préparer la solution en combinant le colorant et l’eau (en suivant les instructions du fabricant). La quantité d’eau doit être suffisante pour couvrir entièrement l’impression 3D que vous souhaitez teindre. L’eau est ensuite portée à ébullition et versée avec précaution dans le récipient contenant le colorant. Vous pouvez ensuite prendre la pièce à l’aide d’une pince et la plonger dans la solution. Il est important de le faire lorsque l’eau est encore très chaude, sinon le colorant ne sera pas absorbé correctement. Lorsque vous êtes satisfait de la couleur obtenue, vous pouvez retirer à nouveau la pièce à l’aide de la pince et la secouer légèrement pour éliminer l’excès de teinture. Après le trempage, les pièces doivent être bien rincées pour éliminer les restes de teinture ; la dernière étape consiste à les laisser sécher.
Si, en revanche, vous optez pour une teinture professionnelle, il existe sur le marché plusieurs machines spécialement conçues pour les pièces imprimées en 3D. Elles fonctionnent sur le même principe : les pièces à teindre sont placées dans un panier rotatif, où elles sont teintes, rincées et séchées, de manière plus ou moins automatique. Cette méthode est clairement conseillée pour la production industrielle de pièces en masse ou à grande échelle.
Technologies et matériaux compatibles
Comme mentionné au début, il existe des technologies de fabrication additive qui permettent de créer des pièces multicolores directement pendant le processus. Cependant, pour beaucoup d’autres qui travaillent avec des polymères, quelques étapes supplémentaires seront nécessaires pour appliquer la couleur aux pièces finales.
En ce qui concerne la teinture, ce processus est principalement utilisé pour les pièces produites avec des technologies de lit de poudre polymère telles que SLS, Multi Jet Fusion, HSS ou SAF. Ces méthodes sont compatibles avec les polymères sous forme de poudre, par exemple le nylon (PA11, PA12), le polypropylène, le TPU, etc. Après le processus d’impression, les pièces présentent généralement une surface perméable, idéale pour absorber le colorant et conserver le pigment de couleur. Ce phénomène est particulièrement visible lorsqu’on travaille avec du nylon, car ce matériau se caractérise par une perméabilité élevée. Il convient de mentionner que des entreprises telles que HP ont mis au point des imprimantes 3D, comme la Jet Fusion 5420W, spécialement conçues pour créer des pièces blanches qui favorisent l’adhérence de la couleur lors du post-traitement.
Les modèles imprimés en 3D à l’aide de méthodes à base de résine, telles que SLA ou DLP, peuvent également être teintés. Cela nécessitera l’utilisation de colorants spécifiques adaptés à ces pièces et matériaux. En outre, le choix du matériau sera déterminant pour l’efficacité du processus de teinture. En teignant des résines transparentes, la couleur de la pièce finale sera plus translucide et moins vive qu’avec des résines opaques, par exemple, qui ne laissent pas passer la lumière. D’autre part, il est possible d’ajouter de la couleur avant le processus d’impression 3D de la résine. Pour ce faire, un colorant à base d’alcool de la couleur souhaitée doit être mélangé à la résine en question. Le colorant se dissout avec la résine, générant une solution capable de créer des pièces uniformément colorées similaires aux résines colorées standard, mais sans qu’il soit nécessaire de procéder à un post-traitement après la fabrication.
Deux pièces imprimées en 3D à l’aide de résine, avec une application de couleur par teinture avec deux couleurs différentes
Pour la technologie FDM, le processus de teinture des pièces sera également possible avant la fabrication. Comme pour la résine, nous pouvons teindre les filaments ou les granulés au préalable. En outre, il est également possible de teindre les pièces a posteriori, bien que cette technique ne soit pas couramment utilisée. En effet, les thermoplastiques standard, tels que le PLA ou l’ABS, sont désormais disponibles dans une large gamme de couleurs différentes, de sorte qu’il est plus facile d’imprimer les pièces directement dans la couleur souhaitée. Toutefois, certains matériaux plus avancés, tels que le nylon (PA6) ou les matériaux haute performance, ne sont souvent pas disponibles dans différentes couleurs de base. Dans ce contexte, il sera plus judicieux de recourir à la teinture pour colorer les pièces, car les polyamides sont intrinsèquement sensibles à la lumière et à l’oxydation thermique ou chimique. Le nylon peut être teint avec des colorants résistants aux UV pour des applications spécifiques qui l’exigent.
En revanche, le processus de peinture est compatible avec pratiquement toutes les technologies de fabrication additive qui travaillent avec des polymères, à condition qu’il soit appliqué a posteriori. Malgré cette possibilité de travailler avec de nombreuses technologies différentes, le choix entre la peinture et la teinture dépendra également de l’application finale, comme nous le verrons ci-dessous.
Comme nous l’avons déjà mentionné, l’adhérence de la couleur et son maintien dans le temps dépendent du matériau utilisé. En raison de la perméabilité du nylon, par exemple, la peinture sera absorbée plus facilement, tandis que d’autres matériaux plus imperméables auront tendance à s’user plus rapidement. La différence entre la peinture et la teinture réside dans le fait que la peinture ne peut pas être réalisée avant la fabrication, comme c’est le cas pour la teinture, mais doit toujours être appliquée une fois que les pièces ont été fabriquées.
Le nylon est un matériau caractérisé par sa grande perméabilité (crédits photo : Markforged)
La similitude entre les deux processus réside dans le fait qu’avant d’appliquer la couleur sur les pièces, il est nécessaire d’effectuer le post-traitement approprié. Comme nous l’avons mentionné dans l’explication des procédés, ce post-traitement comprend l’élimination des supports et la finition des surfaces, afin d’obtenir une surface lisse qui permette d’appliquer la couleur sans problème. De plus, un autre point commun est que la bonne adhérence de la couleur dépend évidemment du matériau utilisé, mais aussi de la couleur de base des pièces. Ainsi, les surfaces plus foncées n’offriront pas la même intensité de pigment que les surfaces plus claires.
Avantages et limites de la teinture et la peinture pour l’impression 3D
Les deux techniques de coloration présentent des avantages et des limites. Tout d’abord, la peinture est essentiellement une technique de coloration de la surface de la pièce. Cela signifie que, bien qu’elle soit rapide, pratique et qu’elle puisse donner des résultats très satisfaisants, elle ne garantit pas la durabilité. En particulier, la couche colorée peut facilement s’écailler à cause des rayures ou de l’usure de la surface, laissant apparaître la couleur sous-jacente. Un autre aspect à prendre en compte avec la peinture est qu’elle nécessite du soin et de la préparation, car elle ne masque pas les imperfections. Il est donc particulièrement important de lisser la surface, en éliminant les marques laissées par le support ou les défauts d’impression. L’apprêt est très utile à cet égard, car il permet d’égaliser la surface avant de la colorer. La couverture est partiellement uniforme, bien que la porosité du matériau soit parfois visible. L’une des limites de la peinture, par opposition à la teinture dans l’impression 3D, est qu’elle crée une couche de couleur supplémentaire sur la pièce, bien que très fine, qui peut modifier ses dimensions et ses propriétés, ce qui est critique pour certaines pièces destinées à des fins d’ingénierie, par exemple. Ce n’est pas le cas de la teinture, où la couleur pénètre directement dans la pièce.
La teinture représente la meilleure solution esthétique et technique pour les produits créés par fabrication additive, car elle colore la pièce en profondeur et garantit ainsi une plus longue durée de vie des couleurs. La teinture résistante aux UV offre également une protection durable contre les rayons UV, empêchant ainsi la couleur de s’estomper au fil du temps. Une différence importante entre les deux options de coloration est que la teinture est la seule technique possible, ou du moins conseillée, pour le traitement de pièces à géométrie complexe, de pièces creuses ou de canaux qui seraient inaccessibles via la peinture. Ce n’est pas un hasard si ce procédé est utilisé pour les pièces produites par des machines industrielles à lit de poudre ou des technologies d’impression 3D à base de résine.
Toutefois, la taille des pièces pourrait constituer une limite à la teinture. Alors que la peinture ne présente pas de limites majeures, la teinture nécessite une cuve ou une machine suffisamment grande pour contenir les pièces créées par l’impression 3D. Cette méthode n’est donc pas conseillée pour les pièces trop grandes. Il en va de même pour les machines existantes sur le marché qui ne peuvent contenir qu’un nombre limité de pièces à teindre et ont donc des dimensions limitées.
Une autre différence entre les deux solutions de coloration est qu’avec la peinture, seule la quantité de peinture nécessaire est utilisée, alors qu’avec la teinture, une certaine quantité de colorant est nécessaire pour préparer la solution. Après la teinture, dans certains cas, il est encore possible de réutiliser l’eau et la solution de teinture pour des opérations ultérieures.
Enfin, la peinture permet l’utilisation d’un plus grand nombre de couleurs et la coloration sélective de la pièce, alors que dans le cas de la teinture, l’utilisation d’une seule couleur pour l’ensemble de la pièce peut constituer une limite.
Applications
L’une des principales raisons pour lesquelles une pièce imprimée en 3D est colorée est son aspect esthétique. L’impression 3D, quelle que soit la technologie utilisée, peut laisser des imperfections sur la surface, des couches visibles, des rugosités de surface, etc. Par conséquent, la coloration d’une pièce, en plus de lui donner la couleur souhaitée, associée à d’autres techniques de post-traitement, permet d’améliorer l’esthétique de la pièce et de lui donner un aspect plus poli et homogène.
Crédits photo : Sculpteo
Ceci est particulièrement important dans des secteurs tels que la mode, la décoration d’intérieur ou les biens de consommation, où un niveau élevé de personnalisation est requis, comme dans l’emballage ou dans les secteurs des lunettes et des chaussures.
Le secteur médical est également l’un des principaux secteurs où la coloration des pièces est importante. Imaginez, par exemple, les prothèses et les dispositifs médicaux, qui sont fabriqués sur mesure pour les patients et sont souvent produits avec un matériau blanc, précisément pour faciliter la personnalisation. L’un des avantages de l’impression 3D réside précisément dans la possibilité de personnaliser les pièces, tant en termes de forme que d’esthétique. Une autre application intéressante est la production de guides chirurgicaux imprimés en 3D. Ceux-ci sont principalement imprimés en 3D à l’aide de technologies multi-couleurs et multi-matériaux (telles que le Material Jetting). Pour plus de commodité, ils peuvent également être fabriqués avec des machines FDM ou résine, puis colorés. Très utiles pour la planification chirurgicale, ces pièces sont souvent colorées en différentes couleurs pour distinguer les vaisseaux sanguins, les tumeurs ou mettre en évidence les zones difficiles d’accès pour les chirurgiens.
Dans le domaine médical, de nombreuses applications nécessitent une impression en couleur
Enfin, les pièces imprimées en 3D sont également colorées grâce aux propriétés que certaines peintures ou colorants peuvent conférer à la pièce. Nous avons déjà mentionné les colorants résistants aux UV, qui sont essentiels pour assurer la plus grande durabilité possible des couleurs et pour protéger les pièces particulièrement exposées à la lumière du soleil. Il existe également des peintures résistantes à la chaleur ou à l’eau, qui sont utilisées précisément pour ces propriétés. Parmi les principaux secteurs qui colorent les pièces imprimées en 3D à ces fins, citons par exemple le secteur automobile ou sportif, pour les intérieurs de voitures, les accessoires, les équipements sportifs et, en général, les pièces qui ont un usage à la fois fonctionnel et esthétique. Il va de soi que toutes les applications dans des secteurs soumis à des normes et à des tests spécifiques, tels que le secteur médical ou alimentaire, nécessiteront des colorants ou des peintures résistants et conformes aux réglementations en vigueur, ainsi que tout traitement supplémentaire visant à sceller la surface ou à la rendre stérile.
Fabricants et prix
L’une des entreprises les plus connues dans l’industrie de la fabrication additive est DyeMansion, avec sa solution DM60 basée sur la technologie DeepDye. Compatible avec les pièces créées à l’aide des technologies SLS, SAF, MJF, HSS, SLA & DLP et CLIP, cette machine basée sur le cloud dispose d’un nombre illimité d’options de couleurs à appliquer. Dans l’industrie, Girbau se distingue également avec sa machine DY130 spécialement conçue pour les machines EOS pour le plastique ou les solutions Multi Jet Fusion de HP. De son côté, la société allemande CIPRES propose une solution industrielle pour la teinture de pièces, appelée eCOLOR.
Une différence majeure entre la teinture et la peinture est que, pour la première, il existe davantage de solutions professionnelles sur le marché, tandis que, pour la seconde, il y a moins d’options pour les processus industriels qui permettent d’automatiser la coloration proprement dite. Graco ou Homag comptent parmi les entreprises les plus importantes dans le domaine de la peinture automatisée de pièces. Leurs solutions permettent de réduire considérablement les coûts de main-d’œuvre et d’exploitation en diminuant de 30 % les déchets de matériaux. En outre, pour réaliser le processus manuellement, des outils spécifiques sont nécessaires, tels qu’un pistolet de pulvérisation, des aérosols, des brosses ou d’autres outils de peinture similaires. Le prix de ces outils peut varier de 5 euros pour les plus simples à 100 euros pour les plus professionnels.
À gauche, la solution DyeMansion DM60 pour la teinture des pièces. A droite, le pistolet Homag pour la peinture.
Outre le matériel, il est important de prendre en compte le coût de la peinture, de la teinture ou du pigment utilisé pour colorer les pièces. Parmi les principales entreprises proposant des teintures maison pour les plastiques, on trouve Rit Dye, dont le prix du pot de teinture est généralement d’environ 8 euros (236 ml). Dylon est également présent sur ce marché, avec des teintures colorées coûtant environ 15 euros (350 g). Ces deux sociétés proposent une très large gamme de couleurs différentes pour des utilisations multiples. Toutefois, les machines plus industrielles, telles que DyeMansion, sont généralement basées sur un système de cartouches d’encre, dont le prix est généralement plus élevé que celui de la teinture maison. Ce prix varie en fonction de la taille des cartouches et de leur utilisation (unique ou multiple). Il convient de mentionner que d’autres entreprises, telles que Formlabs, ont mis au point des solutions similaires à la teinture pour modifier la couleur avant la fabrication. Ainsi, leur « ColorKit », dont le prix est légèrement supérieur à 200 euros, permet de mélanger des pigments de différentes couleurs à la résine de base afin d’imprimer des pièces colorées à l’aide de la technologie SLA.
En revanche, le matériel utilisé pour réaliser la peinture dépendra du type de procédé utilisé, avec des brosses et des pinceaux, ou par pulvérisation avec des aérosols et des sprays. Le prix des bombes aérosols est généralement d’environ 10 euros ; cependant, en cas d’utilisation de pistolets professionnels (manuels ou automatiques), le prix d’une bombe de peinture peut atteindre 70 euros le litre. En revanche, la peinture liquide à appliquer manuellement est à la portée de tous et les prix dépendent de la marque, mais aussi du type de peinture (acrylique, vinylique, mate, etc.).
Dans les deux cas, il faut tenir compte du coût supplémentaire nécessaire pour protéger l’utilisateur du contact avec ces matériaux qui, dans certains cas, peuvent être nocifs pour la santé. Cette protection comprend des gants, des masques, des combinaisons, etc.
En conclusion, on pourrait comprendre que le processus de teinture est plus coûteux que la peinture si l’on se concentre sur les machines industrielles et les solutions automatisées qui existent sur le marché. Cependant, lors de l’application manuelle de la couleur sur les pièces, les outils de peinture sont généralement plus complexes, ce qui se traduit par un coût associé plus élevé.
Et vous, utilisez-vous plutôt la peinture ou la teinture en impression 3D ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou Twitter !
