Nouveautés dans les matériaux pour l'impression 3D :suivi des progrès récents 

Des progrès dans le développement et la certification des matériaux sont en cours au sein d'une industrie de l'impression 3D encore en pleine maturité. Par exemple, la base de données Senvol en répertorie jusqu'à 2 245 matériaux AM différents en 2020 , contre environ 1 700 matériaux l'année dernière, ce qui représente une augmentation d'environ 30 %.

Pour suivre les progrès récents du marché des matériaux d'impression 3D, nous allons aujourd'hui explorer les nouveautés des matériaux d'impression 3D et ce que cela signifie pour l'avenir de l'industrie.

Matériaux d'impression 3D pour applications médicales et dentaires

Au sein de l'industrie médicale, l'impression 3D est déjà utilisée pour créer des implants orthopédiques, des outils chirurgicaux et des dispositifs dentaires. Et aujourd'hui, la technologie soutient activement la lutte contre la pandémie de COVID-19, en produisant des écouvillons de test, des écrans faciaux et des pièces d'équipement médical.

L'essor de l'impression 3D pour les applications médicales a accéléré le développement de matériaux pour le secteur.

Un domaine en croissance est celui des polymères haute performance pour l'impression 3D d'implants. Par exemple, la société de produits chimiques de spécialité Evonik a annoncé le mois dernier le lancement d'un filament PEEK de qualité implantaire.

Le matériau est censé répondre aux exigences de la norme ASTM F2026, qui est la spécification standard des polymères PEEK pour les applications d'implants chirurgicaux. Selon Evonik, le nouveau matériau est le premier filament à base de PEEK sur le marché pouvant être utilisé en orthopédie et en chirurgie maxillo-faciale.

Dans la même veine, Andaltec, un centre de recherche espagnol, a dévoilé qu'il allait développer un nouvel ensemble de polymères actifs pour une utilisation dans l'impression 3D de dispositifs médicaux.

Le projet, nommé PoliM3D, verra la caractérisation de nouveaux filaments antibactériens et analgésiques pour les imprimantes 3D FDM. Ces nouveaux filaments seront utilisés pour produire des implants, des prothèses et des outils chirurgicaux personnalisés.

Par ailleurs, le fabricant polonais de filaments d'impression 3D, Spectrum Filaments, a lancé un nouveau filament destiné aux applications médicales - ABS Medical.

Le nouveau filament est fabriqué à partir de granulés ABS, un matériau qui répond aux exigences de conformité biologique des certificats USP en classe VI ou ISO 10993-1, selon Spectrum.

Il est également homologué pour le contact alimentaire, selon les normes UE n°10/20111 et 21 CFR FDA. Le matériau cible des applications, notamment des structures de support pour la réhabilitation et des prothèses légères.

Matériel dentaire 

Il existe une tendance croissante au sein de l'industrie dentaire à imprimer des modèles dentaires en 3D et, de plus en plus, des prothèses dentaires et des appareils dentaires à usage final, comme des gouttières transparentes et des bridges.

Ces avancées sont alimentées par l'évolution des matériaux qui sont de plus en plus certifiés pour une utilisation à plus long terme dans la bouche humaine.

Par exemple, 3D Systems a annoncé que son nouveau matériau de prothèse biocompatible, NextDent® Denture 3D+, a reçu l'autorisation 510(k) de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis fin 2019. 

Le matériau NextDent Denture 3D+ est adapté à l'impression 3D de tous les types de bases de prothèses amovibles, correspondant aux propriétés mécaniques des matériaux de base de prothèses conventionnels.

Dans un effort similaire pour qualifier les matériaux dentaires pour l'impression 3D, la société AM, Rapid Shape, s'est associée au fabricant dentaire VOCO. Cette dernière s'est récemment tournée vers les matériaux d'impression 3D, mettant sur le marché un portefeuille de matériaux de qualité dentaire dans sa famille V-Print.

En outre, le fabricant suisse de résine dentaire, Saremco Dental AG, a a récemment publié une nouvelle résine photopolymère. Le nouveau matériau est conçu pour imprimer en 3D des restaurations permanentes, telles que des couronnes, des inlays, des onlays et des facettes.

Les tests du matériau ont révélé que la résine dentaire a des propriétés mécaniques comparables aux couronnes en céramique traditionnelles trouvées dans l'industrie dentaire aujourd'hui.

L'adoption plus large de l'impression 3D dans le domaine médical et dentaire dépend grandement du rythme de l'innovation matérielle.

Ce n'est que lorsque les professionnels de la santé auront accès à des matériaux biocompatibles, durables et certifiés, qu'il leur sera possible de faire bénéficier davantage de patients de produits médicaux et dentaires personnalisés et plus performants.

Matériaux d'impression 3D pour les applications à haute température

L'utilisation de l'impression 3D pour les applications exposées à des températures élevées crée une demande pour des matériaux résistants à la chaleur.

Cela conduit à davantage de producteurs de matériaux, ainsi que de fabricants de systèmes, à développer et à lancer de nouveaux matériaux pour répondre à la demande.

Un exemple en est une collaboration entre Roboze, un fabricant italien d'imprimantes 3D par extrusion, et SABIC, un géant de la chimie, sur un filament de polyimide thermoplastique amorphe, appelé EXTEM AMHH811F.

Le nouveau matériau offre une grande résistance aux températures élevées, grâce à une capacité de déviation thermique allant jusqu'à 230°C. Le matériau a également une transition vitreuse de 247°C, que les partenaires considèrent comme la plus élevée de tous les matériaux imprimables en 3D. De plus, il offre d'excellentes propriétés ignifuges, une bonne résistance chimique et maintient sa résistance mécanique à haute température.

De même, Essentium a ajouté du nylon haute température à un portefeuille de matériaux pour son extrusion à grande vitesse ( technologie HSE). Les applications pour le nouveau matériau incluent des composants de machine, des gabarits ou des montages pour les industries de l'aérospatiale, des semi-conducteurs et du pétrole et du gaz, entre autres.

Développement d'alliages d'aluminium pour la FA métallique 

L'aluminium restera le groupe métallique à la croissance la plus rapide pour la FA au cours des dix prochaines années, selon un récent rapport. L'un des facteurs à l'origine de cette croissance est la chaîne d'approvisionnement mondiale de l'aluminium, qui reconnaît de plus en plus la FA comme une opportunité de nouvelle génération dans la fabrication d'aluminium.

Par conséquent, il est naturel de voir un développement accéléré des alliages d'aluminium pour l'impression 3D métal.

Un développement notable concerne la collaboration entre Oerlikon, un expert en matériaux, Linde, une société de gaz industriels, et l'Université technique de Munich (TUM).

Soutenu par 1,7 € millions de dollars de financement, l'équipe s'est engagée à apporter un nouvel alliage d'aluminium à haute résistance sur le marché de l'impression 3D.

Le développement des alliages d'aluminium implique de nombreux défis, comme les pertes par évaporation des éléments d'alliage et le risque de microfissures dues à un environnement à haute température.

L'équipe est prête à relever ces défis pour mettre les nouveaux alliages à la disposition des industries aérospatiale et automobile, où la résistance et le poids réduit sont des exigences cruciales.

Développement d'un alliage d'aluminium résistant aux chocs pour l'impression 3D automobile 

Dans un autre exemple, le groupe d'ingénierie EDAG a développé un nouvel alliage d'aluminium, dans le cadre du projet de recherche « CustoMat_3D » axé sur l'adaptation de la FA pour la production automobile en série.

Actuellement, les alliages d'aluminium pour la FA ne répondent pas aux exigences de l'industrie automobile, telles que les performances de crash test. Le matériau nouvellement développé est conçu pour surmonter ces défis en offrant à la fois des résistances plus élevées et des allongements plus élevés à la rupture.

Le matériau a été testé pour plusieurs applications automobiles, montrant des résultats positifs. Par exemple, il a été possible de gagner du poids dans le support de roue dynamique et porteur et un composant complexe avec des exigences de rigidité élevées de la zone de la boîte de roue. Certaines des économies ont dépassé 30 % du potentiel attendu.

Aluminium pour la fusion sur lit de poudre et le dépôt d'énergie direct

En plus des exemples ci-dessus, il y a également eu des lancements de matériaux en aluminium de fabricants de systèmes. Le mois dernier, VELO3D, un fabricant d'imprimantes 3D Metal Powder Bed Fusion (PBF), a lancé l'alliage d'aluminium F357, remarquable pour sa capacité à être anodisé.

L'anodisation est le processus de formation d'une couche d'oxyde sur la surface d'une pièce métallique pour la protéger de la corrosion ou fournir une meilleure surface pour la peinture.

L'alliage d'aluminium F357 est de plus en plus en demande, en particulier dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile.

Alors que l'aluminium reste le plus largement utilisé dans le PBF, certaines entreprises adaptent le matériau pour le dépôt direct d'énergie, un procédé qui utilise des lasers à haute puissance pour construire des structures , couche par couche, directement à partir de matériaux en poudre.

Un exemple en est le spécialiste DED, Optomec, qui a lancé des alliages d'aluminium pour sa technologie LENS. Selon l'entreprise, ses alliages d'aluminium offrent une excellente finition de surface, des taux de dépôt élevés et une densité d'environ 99,9 %.

Poursuite des efforts pour certifier les matériaux d'impression 3D

La certification des matériaux est aussi cruciale pour faire avancer l'impression 3D que le développement des matériaux. Il aide à prouver la cohérence des pièces AM, ouvrant la voie aux applications de production.

Des efforts sont en cours pour certifier les matériaux pour l'impression 3D. Une étude récente provient de la société de certification des sciences de la sécurité, UL, qui a publié une étude de recherche sur les effets de l'impression 3D sur les propriétés de performance des polymères critiques pour la sécurité.

Les résultats ont permis au groupe de normalisation de développer un cadre d'évaluation et de qualification des polymères pour l'impression 3D, et plus particulièrement des filaments ABS et PEI ignifuges.

Selon UL, « les résultats de la recherche fournissent les connaissances préliminaires nécessaires pour développer des lignes directrices pour la certification des matériaux polymères destinés à l'impression 3D et des conseils pour les exigences de rédaction ».

Caractérisation du matériau 

La cohérence est cruciale pour la fabrication additive. Et cela commence par le contrôle et la caractérisation de la matière première.

Dans la fabrication, la qualité de la matière première dictera la qualité du produit final. Mais qu'est-ce qu'un matériau FA de haute qualité et comment évaluer cette qualité ? Par exemple, avec un matériau en poudre, la qualité est le produit de dizaines de variables, notamment la taille des particules, la morphologie, les propriétés thermiques, l'absorption d'humidité, etc.

Avec autant de facteurs ayant un impact sur la qualité des matériaux, la caractérisation des matériaux - un processus de sondage et de mesure des propriétés des matériaux pour comprendre les performances des matériaux - devient critique.

C'est pourquoi il est passionnant de voir des entreprises entrer dans le domaine de la caractérisation des matériaux pour la FA.

Au début de l'année, Element, leader mondial de la certification des matériaux et des produits, a annoncé le lancement d'une installation de caractérisation dédiée aux poudres AM.

Le nouvel équipement de test permettra pour l'analyse de la composition chimique, l'analyse au tamis de poudre, la distribution de la taille des particules, le débit et d'autres tests - tout cela pour garantir que la poudre est authentique, pure, uniforme et prête à être traitée.

Matériaux d'impression 3D :le secteur en pleine évolution 

Les nouvelles sur les nouveaux développements, les partenariats et les activités de normalisation dans le domaine des matériaux d'impression 3D apparaissent presque quotidiennement. Cela indique un secteur dynamique, en croissance en réponse à la demande de matériaux avancés axés sur la production.

À l'avenir, nous nous attendons à ce que le rythme des innovations dans les matériaux s'accélère, élargissant les choix de matériaux et ouvrant de nouvelles possibilités et de nouveaux marchés pour l'impression 3D.

Pour en savoir plus sur l'état du marché des matériaux d'impression 3D, consultez notre dernier rapport sur le paysage de la fabrication additive 2020 ici .