menu

Qu’est-ce que la rhéologie et pourquoi est-elle importante en impression 3D polymère ?

Publié le 14 janvier 2025 par Mélanie W.
rhéologie impression 3D

Le concept de rhéologie fait référence à une branche de la physique qui étudie les fluides. Plus précisément, elle analyse le comportement des matériaux lorsqu’ils s’écoulent ou se déforment, c’est-à-dire la manière dont ils réagissent à une force ou à une contrainte appliquée. Bien que la rhéologie s’applique à un large éventail de disciplines scientifiques et technologiques, dans le contexte de l’impression 3D, elle devient cruciale pour certaines technologies de fabrication. Elle permet de comprendre et de contrôler le comportement des matériaux utilisés, tels que les plastiques et même les hydrogels, lors de la superposition successive des couches.

Cette branche de la physique a été introduite par Eugene Bingham et s’est constituée indépendamment à partir de 1930. Étymologiquement, le terme rhéologie vient du grec rheo, qui signifie « écoulement », et logos, qui signifie « science ». En termes simples, la rhéologie décrit la déformation et l’écoulement des matériaux sous diverses conditions de contrainte. Ainsi, un matériau rhéologique peut être classé en fonction de son comportement lorsqu’il est soumis à différentes forces. On distingue les solides élastiques, qui sont ceux qui conservent leur forme après déformation, ou les fluides visqueux, qui s’écoulent de manière continue sous l’effet d’une force. Enfin, on trouve les fluides viscoélastiques, qui sont des matériaux combinant à la fois les propriétés des solides élastiques et des liquides visqueux. C’est le cas des polymères utilisés dans l’impression 3D.

Une bonne compréhension de la rhéologie garantit la qualité des pièces imprimées en 3D

L’importance de la rhéologie en impression 3D

La rhéologie est essentielle dans l’impression 3D pour décrire le comportement des matériaux polymères lorsqu’ils sont déposés dans le plateau d’impression, que ce soit par extrusion ou par polymérisation. La compréhension de la rhéologie de ces matières plastiques permet de prédire leur comportement au cours du processus d’impression, ce qui est essentiel pour garantir la qualité et la précision de la pièce finale. En effet, le comportement rhéologique des matériaux pendant l’impression affecte directement divers aspects du processus et la qualité de la pièce imprimée. Parmi les raisons pour lesquelles la rhéologie est fondamentale dans l’impression 3D, nous trouvons :

Le contrôle de la viscosité : dans les processus d’extrusion et de résine, le matériau doit présenter un équilibre précis entre sa viscosité et son élasticité. Dans les deux cas, la viscosité du matériau affecte directement son écoulement et la qualité de la pièce finale. Si la viscosité est trop élevée, la matière sera difficile à extruder ou à déposer, ce qui entraînera des blocages, des colmatages ou une répartition inégale, avec pour résultat des pièces défectueuses. Inversement, si la viscosité est trop faible, le matériau peut s’écouler trop facilement, ce qui entraîne des accumulations indésirables, des déformations ou un manque de définition des couches. L’étude rhéologique et l’ajustement approprié des conditions du processus, telles que la température et la vitesse d’extrusion, permettent d’optimiser l’écoulement de la matière.

Étude de la rhéologie appliquée à l’impression 3D par extrusion

La réduction de l’écoulement et des débordements : dans la technologie de jet de matière, où la résine est projetée sur le plateau d’impression, la rhéologie peut empêcher l’égouttement ou le débordement du matériau. Si la résine a une rhéologie inappropriée, le dépôt risque d’être médiocre. Le matériau doit avoir une viscosité suffisamment faible pour s’écouler correctement, mais suffisamment élevée pour éviter que le matériau ne coule ou ne déborde.

L’adhésion entre les couches : l’un des défis de l’impression 3D est de s’assurer que chaque couche imprimée adhère correctement à la couche précédente. Cela dépend en grande partie des propriétés rhéologiques du matériau. Ce dernier doit être suffisamment visqueux pour que la couche nouvellement déposée conserve sa forme et ne s’écoule pas de manière excessive. Il doit également avoir des propriétés viscoélastiques qui permettent à la couche de fondre et de bien adhérer à la couche précédente. Ceci est particulièrement important pour les impressions à haute résolution et les pièces à géométrie complexe.

La stabilité dimensionnelle et le post-traitement : après l’impression, de nombreux matériaux ont tendance à se déformer, en particulier lorsqu’ils refroidissent et se solidifient. Ces déformations, telles que le warping ou le retrait, peuvent compromettre la qualité et la précision des pièces. La rhéologie prédit le comportement des matériaux lorsqu’ils refroidissent, ce qui permet d’ajuster les conditions d’impression pour minimiser ces problèmes.

Analyse de la rhéologie appliquée à l’impression 3D résine

Le développement de nouveaux matériaux : la rhéologie joue un rôle clé dans la recherche de nouveaux composites pour l’impression 3D. Il s’agit notamment de matériaux dotés de propriétés spécifiques telles qu’une résistance thermique élevée, une flexibilité accrue ou une déformation réduite pendant le refroidissement. La caractérisation rhéologique permet de prédire le comportement de ces matériaux au cours du processus d’impression, ce qui garantit qu’ils sont adaptés à la technologie et appliqués à diverses industries.

Comme nous pouvons le constater, la rhéologie est un terme clé à prendre en compte dans l’impression 3D polymère. Qu’il s’agisse de contrôler l’écoulement des matériaux, d’améliorer l’adhésion entre les couches ou de minimiser la déformation, la compréhension du comportement rhéologique des matériaux permet d’optimiser chaque étape du processus de fabrication additive. Cette connaissance est essentielle non seulement pour garantir la qualité des pièces imprimées, mais aussi pour le développement de nouveaux matériaux dont les caractéristiques élargissent les possibilités de l’impression 3D dans les secteurs industriels.

Avez-vous déjà étudié la rhéologie des polymères utilisés en impression 3D ? N’hésitez pas à partager votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !

*Crédits photo de couverture : Repsol

Partagez vos impressions

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

de_DEen_USes_ESfr_FRit_IT
Toute la 3D chaque semaine
Recevez un condensé de l’actualité de l’impression 3D

3Dnatives is also available in english

switch to

No thanks