Maîtriser l'impression 3D TPU : Votre guide complet pour des pièces flexibles et durables

Avez-vous déjà pensé à imprimer des pièces flexibles en 3D ? Si oui, le Polyuréthane Thermoplastique ou TPU, comme on l'appelle couramment, est définitivement un matériau à ajouter à votre liste.

L'impression 3D TPU offre des possibilités uniques autrement inatteignables avec d'autres matériaux d'impression 3D comme l'ABS, le PLA ou le nylon. Combinant les propriétés du plastique et du caoutchouc, le TPU peut produire des pièces élastiques, hautement durables, qui peuvent être facilement pliées ou compressées.

Dans ce tutoriel, nous explorerons les avantages et applications du TPU, les technologies qui supportent le matériau, ainsi que quelques conseils pour rendre l'impression 3D avec le TPU aussi simple et efficace que possible.

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Qu'est-ce que le TPU ?

Le Polyuréthane Thermoplastique (TPU) appartient à la famille des élastomères thermoplastiques et combine les meilleures propriétés des thermoplastiques et des caoutchoucs (thermodurcissables).

Vous connaissez peut-être le terme TPE — ou Élastomère Thermoplastique. Anciennement le matériau de prédilection pour l'impression 3D flexible, le TPE est un plastique très souple, caoutchouteux, qui peut être plié ou étiré sans déformation. Cependant, sa souplesse rend le TPE très difficile à imprimer pour les extrudeuses.

Le TPU, en revanche, peut être considéré comme la version plus récente du TPE. Le TPU possède une élasticité caoutchouteuse, une haute résistance à la déchirure et à l'abrasion, un fort allongement à la rupture ainsi qu'une stabilité thermique.

En plus de cela, le TPU est également résistant aux huiles, graisses et à une variété de solvants. Étant plus ferme que le TPE, le TPU est donc aussi beaucoup plus facile à imprimer en 3D.

AvantagesInconvénientsApplications Matériau élastique et soupleHygroscopiqueArticles de sport Peut être très extensible selon l'allongement à la ruptureSujet au stringing et bourrageCoques de protection Faible gauchissement et retraitDoit être imprimé à basse températureBagues automobiles Résistant aux produits chimiquesDifficile à post-traiterComposants amortisseurs de vibrations Bonne résistance aux chocs Bon amortissement des vibrations et absorption des chocs Disponible dans une gamme de couleurs

Applications

Le TPU a une large gamme d'applications. Par exemple, c'est une bonne option pour l'impression 3D de prototypes fonctionnels flexibles ou de pièces d'utilisation finale qui doivent être pliées et compressées.

Biens de consommation

Pour les biens de consommation, le TPU est idéal pour produire des accessoires, tels que coques de téléphone, et composants de chaussures.

En 2015, New Balance a créé des chaussures de course avec des semelles intermédiaires imprimées en 3D en TPU. En utilisant le DuraForm Flex TPU de 3D Systems, l'impression 3D et le design génératif, le géant de la chaussure a pu atteindre un haut niveau de flexibilité dans ses semelles, ainsi que résistance, poids optimal et durabilité.

Médical

Une autre application intéressante du TPU est dans le secteur médical. Par exemple, le matériau peut être utilisé pour créer des modèles orthopédiques. En 2016, l'entreprise américaine Graphene 3D Lab a introduit un filament TPU conductif, adapté à la production d'électronique flexible, y compris des dispositifs médicaux portables comme les bracelets.

Automobile

Avec sa haute résistance chimique aux huiles et graisses, le TPU est idéal pour les applications automobiles comme joints, garnitures, bouchons, tubes et applications de protection.

Un exemple innovant est une voiture électrique imprimée en 3D par la startup chinoise XEV Limited. La voiture est composée d'environ 100 pièces, dont beaucoup ont été imprimées en 3D avec du TPU aux côtés du PLA et du nylon.

Matériaux TPU disponibles

FabricantNom du matériauDureté Shore APropriétés clésTechnologie 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerDureté Shore A variableRésistance à l'abrasion et à la déchirure

Facile à traiter

Allongement à la rupture 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AHaute résolution

Allongement à la rupture > 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80ABonne résistance abrasive et chimique

Allongement à la rupture 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55AAllongement à la rupture 137%SLS SinteritFlexa Black80-90AAllongement à la rupture 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (ajustable)Allongement à la rupture 137%SLS SinteritFlexa Bright79AAllongement à la rupture 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AHaute résistance et haute résistance abrasive

Allongement à la rupture 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DFlexibilité à basse température et stabilité UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DRigidité élevée avec excellente résistance chimique et aux huilesFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AExcellentes propriétés mécaniques, faible gauchissement et retrait FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DOffre un module élevé et d'excellents attributs de traitementFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85ARésistance à l'abrasion 20% meilleure que l'ABS et 68% meilleure que le PLA
Résistant aux produits chimiques

Allongement à la rupture 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AGrande résistance aux chocs

Résistance à l'abrasion 40% meilleure que l'ABS et 76% meilleure que le PLA
Allongement à la rupture 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DRigide, résistant à l'abrasion, dur

Excellentes capacités de bridging et pratiquement pas de gauchissement FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AFacile à traiter

Allongement à la rupture 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94ADur et résistant

Allongement à la rupture 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ARésistant à l'abrasion, graisse et huile FFF FillamentumFlexfill TPU92A et 98ARésistant aux huiles avec
excellente adhérence inter-couches FFF

Impression 3D avec TPU : Les technologies

Si vous voulez explorer l'impression 3D avec ce matériau flexible, il y a deux technologies principales à choisir : le Frittage Sélectif par Laser (SLS) et la Modélisation par Dépôt de Filament Fondu (FDM).

Plongeons dans les possibilités de chacune.

Frittage Sélectif par Laser

Le Frittage Sélectif par Laser (SLS) est une technologie d'impression 3D à fusion sur lit de poudre qui utilise un faisceau laser pour fondre et fusionner sélectivement le matériau en poudre.

Le SLS offre de nombreux avantages pour la fabrication industrielle, car la technologie est capable de produire des pièces fonctionnelles avec d'excellentes propriétés mécaniques. De plus, le SLS ne nécessite pas de structures de support, permettant des pièces à forme libre sans marques de retrait de support. Cependant, les pièces nécessiteront une forme de post-traitement pour obtenir une meilleure finition de surface.

Initialement, la technologie était utilisée avec divers types de nylon mais avec les avancées récentes en recherche de matériaux, il est maintenant possible de fritter de la poudre TPU.

Actuellement, il y a quelques fabricants sur le marché qui offrent de la poudre TPU avec divers degrés de dureté Shore :

– 3D Systems offre son DuraForm TPU Elastomer propriétaire, compatible avec son imprimante 3D Pro 60 HD-HS.

– Le spécialiste français de la FA Prodways a le TPU-70A dans son portefeuille matériaux avec un allongement à la rupture de plus de 300%. Avec le TPU-70A, la dureté Shore peut être ajustée selon l'apport d'énergie.

– En 2017, le fabricant allemand de matériaux Advanc3D a introduit le matériau Adsint TPU 80 shA, dit être le matériau le plus extensible commercialement disponible pour la technologie SLS.

Conseils de conception lors de l'utilisation de poudres TPU

Épaisseur de paroi minimale
1,5 mm est l'épaisseur de paroi minimale lors de l'utilisation de poudre TPU. Les pièces imprimées en 3D avec des parois de 1,5 mm seront très flexibles mais vous pouvez aussi rendre votre pièce plus rigide en augmentant l'épaisseur de paroi à 3 mm.

Taille minimale des détails
Lors de la conception de détails pour votre pièce TPU, assurez-vous qu'ils sont d'au minimum 0,5 mm. Pour la visibilité des détails en relief et gravés, leur hauteur et largeur ne doivent pas être inférieures à 1,5 mm.

Conceptions complexes
En tant que technologie sur lit de poudre, le SLS peut créer des pièces encloses et imbriquées, éliminant le besoin d'assembler des composants imprimés individuellement. Pour que cela réussisse, gardez à l'esprit que le jeu entre les pièces doit être d'au minimum 1 mm. Pour les grands objets, le jeu doit être augmenté.

Trous d'évacuation
Creuser votre pièce peut être utile, car cela réduit le temps d'impression et économise du matériau. Cependant, en le faisant, n'oubliez pas d'intégrer dans votre conception des trous d'un diamètre d'au moins 1,5 mm pour aider à retirer la poudre coincée à l'intérieur de votre pièce après le processus d'impression.

Modélisation par Dépôt de Filament Fondu

La technologie FDM peut également être utilisée avec des filaments TPU.

Il y a deux avantages majeurs à utiliser le FDM au lieu du SLS pour la fabrication de pièces TPU : premièrement, le FDM est moins cher et deuxièmement, il est généralement plus rapide de produire des pièces TPU avec des filaments qu'avec des poudres.

D'un autre côté, l'impression 3D avec des filaments TPU en FDM résultera en une pièce moins précise dimensionnellement, avec des couches d'impression visibles qui ne peuvent pas être lissées. De plus, puisque le TPU est un matériau mou, particulièrement comparé aux thermoplastiques ABS et PLA, les filaments TPU peuvent fléchir dans le mécanisme d'extrusion, résultant en enroulement du filament et bourrage de l'extrudeur. Cependant, la souplesse du matériau est ce qui rend l'adhérence couche à couche dans les impressions TPU forte et durable.

5 conseils pour l'impression 3D avec filaments TPU

Exigences de base de l'imprimante :

• Température d'extrusion : 225-250°C
• Type d'extrudeur : Extrudeur Direct Drive recommandé
• Plateau chauffant : 50 ±10 °C
• Refroidissement : ventilateur de refroidissement de pièce recommandé (réglage moyen ou élevé)
• Enceinte : pas nécessaire
• Surface de construction : Ruban Kapton (PEI), ruban de peintre bleu

Température d'impression

La plage de température d'extrusion recommandée est entre 225-250°C selon le type d'imprimante 3D et de filament TPU que vous avez. Cependant, gardez à l'esprit qu'imprimer à des températures plus élevées permettra au filament de fondre plus vite et de s'écouler plus facilement de la buse.

Vitesse

Le TPU imprime généralement mieux à des vitesses lentes. C'est une bonne pratique de régler la moitié de la vitesse moyenne (15 mm/s – 20 mm/s) pour assurer des impressions de haute qualité.

Multiplicateur d'extrusion

Le Multiplicateur d'Extrusion est un réglage de l'imprimante 3D qui permet de contrôler la quantité de filament qui sort de la buse ou simplement le débit d'extrusion. Comme les filaments TPU peuvent s'extruder de manière incorrecte pendant le processus d'impression, résultant en un collage incorrect des couches et périmètres. Une façon de gérer ce problème est d'augmenter légèrement votre multiplicateur d'extrusion.

Rétraction

La rétraction est le mécanisme dans une imprimante 3D, qui tire le filament en arrière dans l'extrudeur pour prévenir le suintement du filament fondu. Cette fonctionnalité est très utile avec des filaments rigides comme le PLA et l'ABS, cependant, avec les filaments TPU, les rétractions peuvent être difficiles et peuvent entraîner du bourrage. C'est pourquoi il est fortement conseillé de désactiver la rétraction pour éviter l'étirement et la compression du filament flexible dans la buse.

Radeaux et jupes

Un radeau est une surface horizontale jetable sur laquelle une pièce est imprimée, utilisée pour prévenir le gauchissement. Cependant, puisque les pièces TPU ne gauchissent généralement pas, les radeaux ne sont pas recommandés pour l'impression 3D avec TPU, pas seulement parce qu'ils peuvent causer des problèmes d'impression supplémentaires dus à des vitesses d'impression élevées. En revanche, il serait sage d'imprimer une jupe — quelques boucles de matériau autour de l'impression — pour vérifier le flux du filament et assurer le succès des premières couches.

Conclusion

Le TPU est un matériau hautement utile, offrant des propriétés uniques et une large gamme d'applications possibles.

Cependant, l'impression 3D avec TPU peut être délicate en raison des propriétés uniques du matériau, c'est pourquoi il est important de comprendre les possibilités et limitations du TPU avant d'imprimer. Avec ce guide, nous espérons que vous êtes maintenant bien parti pour produire avec succès vos pièces TPU imprimées en 3D.