Introduction à l'impression 3D avec des plastiques

Depuis que Chuck Hull a imprimé son premier prototype chez lui il y a plus de 30 ans, les plastiques sont le type de matériau le plus associé au domaine de la fabrication additive. L'impression 3D avec des plastiques permet la création rapide de prototypes de qualité, mais avec les progrès récents des matériaux et de la technologie d'impression, offre également des opportunités pour la création de pièces fonctionnelles, adaptées à la production en série. Dans ce court didacticiel, nous examinerons de près certaines des options actuellement disponibles pour l'impression avec des plastiques, leurs avantages/inconvénients respectifs et certains des éléments clés à prendre en compte avant de sélectionner un matériau pour votre projet.

L'évolution des matières plastiques pour la fabrication additive

Le nombre de matériaux disponibles pour les projets de fabrication additive s'est considérablement élargi au fil des ans, ce qui signifie qu'une gamme d'options relève désormais du domaine des « plastiques ». Il est donc important d'examiner attentivement vos options pour chaque projet avant de décider avec quoi imprimer. Vos options incluent :

• ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène). L'ABS est utilisé de nos jours pour une large gamme de pièces fonctionnelles, allant des tuyaux d'évacuation aux pièces de voiture, et même aux briques LEGO ! L'ABS est très polyvalent, étant particulièrement solide, durable et adapté aux techniques de post-traitement, telles que le ponçage ou le collage. Cependant, le matériau n'est pas biodégradable et doit être stocké dans un récipient hermétique lorsqu'il n'est pas utilisé, car il peut absorber l'humidité et être affecté par une exposition prolongée au soleil, ce qui réduira la qualité de vos pièces imprimées. De plus, les fumées qu'il produit peuvent s'avérer irritantes, ce qui nécessite une ventilation lors de l'impression (bien que certaines imprimantes intègrent des filtres pour compenser cela).
• PLA (acide polylactique). Le PLA est un matériau biodégradable créé à partir de sources renouvelables. Cela signifie qu'il est particulièrement adapté à l'impression d'articles jetables ou de toute pièce lorsque les facteurs environnementaux sont une préoccupation sérieuse. Il a même été utilisé dans des applications médicales, pour créer des sutures et des pièces chirurgicales qui se dégradent simplement en acide lactique inoffensif une fois que le patient guérit. Il peut être poncé et peint de la même manière que l'ABS, bien que le collage soit un peu plus dur et qu'il résiste moins bien à la chaleur. Il nécessite également un stockage soigneux, comme pour l'ABS, car l'absorption d'humidité peut affecter les résultats imprimés.
• PVA (alcool polyvinylique). Il s'agit d'un plastique spécial soluble dans l'eau qui est souvent utilisé pour créer des structures de support pour les pièces pendant le processus d'impression qui peuvent simplement être dissous plus tard. Cela peut accélérer l'étape de post-traitement, mais cela n'est réalisable qu'en utilisant des imprimantes avec plusieurs extrudeuses. Il est également assez cher et nécessite un stockage hermétique à tout moment.
• PC (Polycarbonate). Il s'agit d'un thermoplastique très solide et résistant qui est souvent utilisé pour fabriquer des disques compacts, du verre pare-balles et d'autres produits où la durabilité est un facteur clé. Il a une haute résistance aux chocs et un aspect transparent très attrayant pour de nombreux utilisateurs. Comme pour l'ABS, il nécessite une ventilation pendant l'impression, car il produit beaucoup de particules fines qui peuvent irriter les yeux des utilisateurs et obstruer les têtes d'impression si elles ne sont pas correctement entretenues. Il est également plus sujet au gauchissement que les autres matériaux.
• PEHD (polyéthylène haute densité). Le HDPE est un thermoplastique à base de pétrole, souvent utilisé pour créer des pièces recyclables, telles que des bouteilles. Son principal inconvénient est qu'il est assez difficile à lier à d'autres matériaux et peut être assez difficile à travailler par rapport à d'autres options. Cependant, il s'agit d'une option très attrayante pour les entreprises désireuses d'adopter une approche de fabrication durable et respectueuse de l'environnement.
• HIPS (polystyrène résistant aux chocs). Il s'agit d'un autre matériau de support soluble, similaire au PVA, bien qu'il se dissolve dans le limonène plutôt que dans l'eau, et possède des propriétés de matériau similaires à celles de l'ABS lorsqu'il est imprimé. Il s'agit d'un matériau relativement nouveau qui continue de s'imposer parmi les entreprises de fabrication additive.
• PA (Nylon). Le nylon est un ajout relativement récent à la famille des matériaux d'impression 3D qui offre une polyvalence incroyable en ce qui concerne les options de finition et de couleur. C'est également un matériau à faible friction, ce qui en fait une option très attrayante pour l'impression de pièces de machines, telles que les engrenages. Il est solide, durable et flexible, mais gardez à l'esprit qu'il doit être séché avant l'impression et qu'il peut se déformer s'il refroidit trop rapidement. Lors de l'impression avec du nylon, la température d'impression est généralement plus élevée que celle des autres matériaux, alors assurez-vous que votre imprimante peut s'adapter à cela.
• PEEK (polyétheréthercétone). Il s'agit d'un polymère thermoplastique, couramment utilisé dans le domaine médical pour la réalisation d'implants chirurgicaux, grâce à son caractère chimiquement inerte, biocompatible et stérilisable. Des recherches sont également en cours pour déterminer ses applications potentielles dans l'industrie automobile, grâce à ses excellentes propriétés de dureté et d'abrasion. Cependant, malgré sa polyvalence considérable, le PEEK peut être difficile à imprimer, donc une imprimante spécialisée, avec une chambre fermée et un lit chauffant capable d'atteindre des températures allant jusqu'à 400°C sera nécessaire.
• TPE (ThermoPlastic Elastomer). Le TPE est un matériau polyvalent, non toxique, semblable au caoutchouc, largement utilisé pour l'impression de pièces flexibles (ressorts, étuis de téléphone, etc.). Cependant, il ne convient pas à toutes les imprimantes, car le filament est connu pour créer des blocages dans certains types d'extrudeuses.
• TPU (polyuréthane thermoplastique). Le TPU est similaire au TPE en termes de propriétés mécaniques, mais est légèrement plus facile à imprimer et convient mieux aux pièces de travail, grâce à sa plus grande résistance à l'abrasion, aux solvants, aux huiles et aux graisses. Il conserve également son élasticité à des températures plus froides.
• PMMA (polyméthacrylate de méthyle). Également connu sous le nom de plastique acrylique, le PMMA est un plastique rigide et transparent qui est idéal pour les petits tirages avec beaucoup de détails fins. Cela en fait un choix extrêmement attrayant pour des applications créatives, telles que des miniatures ou des sculptures, ou toute pièce nécessitant une diffusion de la lumière. Il ne convient pas aux pièces qui seront soumises à la chaleur ou au stress, et bien que le niveau de détail atteignable soit très élevé, les couches individuelles seront légèrement plus visibles qu'avec d'autres matériaux, cela doit donc être pris en compte dans votre modèle 3D. De plus, l'impression avec du PMMA peut nécessiter un réglage fin de la buse et du lit chauffant, sur une imprimante avec une chambre fermée pour minimiser le rétrécissement pendant le processus de refroidissement.

Récemment, un certain nombre de matériaux à base de plastique ont été introduits qui incorporent des éléments métalliques, permettant d'imprimer des objets avec certaines des qualités des pièces métalliques sans la complexité supplémentaire de l'impression 3D avec du métal.

Les points clés à considérer lors du choix d'un plastique

1. Quelles propriétés matérielles exigez-vous de votre pièce imprimée finale ? Cela doit être parfaitement clair avant que toute décision ne soit prise. Considérez à quoi il servira éventuellement ; est-il destiné à être un prototype ou un produit fonctionnel qui sera utilisé quotidiennement de manière intensive ?
2. Vérifiez le diamètre du filament pour vous assurer qu'il sera compatible avec vos imprimantes. Bien que certaines imprimantes puissent accepter plusieurs diamètres, cela vaut toujours la peine de vérifier à l'avance avant de faire un achat.
3. Vérifiez l'épaisseur de paroi minimale/maximale qui sera imprimable et assurez-vous que votre modèle 3D s'y adapte.
4. Considérez si des supports ou des surplombs seront nécessaires lors de l'impression et assurez-vous qu'ils sont pris en compte dans votre modèle pour assurer sa stabilité. Si votre imprimante le permet, vous pouvez envisager un support dédié.
5. Assurez-vous que les bonnes méthodes de stockage sont utilisées. Comme vous l'avez vu ci-dessus, de nombreux matériaux d'impression 3D en plastique couramment utilisés nécessitent des méthodes de stockage spéciales pour garantir des résultats de qualité. Assurez-vous de suivre les instructions fournies lors du stockage de vos filaments entre les projets.
6. Assurez-vous que votre imprimante peut fonctionner à la bonne température d'extrusion pour le matériau choisi et qu'un lit chauffant approprié est utilisé. Une température incorrecte entraînera des résultats sous-optimaux.