Impression 3D TPU :Guide de l'impression 3D de pièces flexibles

Avez-vous déjà pensé à l'impression 3D de pièces flexibles ? Si tel est le cas, le polyuréthane thermoplastique ou TPU, comme on l'appelle communément, est certainement un matériau à ajouter à votre liste.

L'impression 3D TPU offre des possibilités uniques qui seraient autrement impossibles à réaliser 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 très résistantes qui peuvent être facilement pliées ou compressées.

Dans le didacticiel d'aujourd'hui, nous explorerons les avantages et les applications du TPU, les technologies qui prennent en charge le matériau, ainsi que quelques conseils pour vous aider à rendre l'impression 3D avec 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 (thermodurs).

Vous êtes peut-être plus familier avec le terme TPE - ou élastomère thermoplastique. Autrefois le matériau de prédilection pour l'impression 3D flexible, le TPE est un plastique très doux ressemblant à du caoutchouc qui peut être plié ou étiré sans déformation. Cependant, sa douceur fait du TPE un matériau très difficile pour les extrudeurs de machines à imprimer en 3D.

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

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

Avantages Inconvénients Applications Matériau élastique et soupleHygroscopiqueArticles de sport Peut être très extensible en fonction de l'allongement à la ruptureProxible au cordage et au colmatageBoîtiers de protection Faible gauchissement et retrait Nécessite d'être imprimé à basse températureDouilles automobiles Résistant aux produits chimiques Difficile à post-traiter Composants amortissant les vibrations Bonne résistance aux chocs Bon amortissement des vibrations et des chocs absorption Disponible dans une gamme de couleurs

Applications

TPU a un large éventail 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 la production d'accessoires, tels que des coques de téléphone et des composants de chaussures.

En 2015, New Balance a créé des chaussures de course avec des semelles intermédiaires en TPU imprimées en 3D. Grâce au TPU DuraForm Flex de 3D Systems, à l'impression 3D et à la conception générative, le géant de la chaussure a pu atteindre un niveau élevé de flexibilité dans ses semelles intermédiaires, ainsi qu'une résistance, un poids et une durabilité optimaux.

Médical

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

Automobile

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

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

Matériaux TPU disponibles

Fabricant du matériel Nom de la marque du matériau Dureté Shore A Propriétés clés Technologie 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore Une dureté variableRésistant à l'abrasion et à la déchirure

Facile à traiter

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

Elongation à la rupture supérieure à 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80ABonne résistance chimique et abrasive

Élongation à la rupture 600%SLS SLS SinteritFlexa Soft40-55AEallongement à la rupture 137%SLS SLS SinteritFlexa Black80-90AEallongement à la rupture 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (réglable)Elongation à la rupture 137%SLS SinteritFlexa Bright79AElongation à la rupture 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AHaute résistance et haute résistance à l'abrasion

Elongation à la rupture 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DBas- flexibilité de la température et stabilité aux UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DHaute rigidité avec une excellente résistance aux produits chimiques et à l'huileFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AExcellentes propriétés mécaniques, faible gauchissement et shri nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DOoffre un module élevé et d'excellents attributs de traitementFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AArésistance à l'abrasion 20% meilleure que l'ABS et 68% meilleure que le PLA
Résistant aux produits chimiques

Élongation 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
Elongation à la rupture 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DRrigide, résistant à l'abrasion , résistant

Excellentes capacités de pontage et pratiquement aucun gauchissement FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AEFacile à traiter

Élongation à la rupture 330 %FFF rigid.inkrigid.ink TPU94ATrésistant et durable

Élongation à la rupture 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ARésistant à l'abrasion, à la graisse et à l'huile FFF FillamentumFlexfill TPU92A et 98AOrésistant à l'huile avec
excellente adhérence inter-couche FFF

Impression 3D avec TPU :les technologies

Si vous souhaitez explorer l'impression 3D avec ce matériau flexible, vous avez le choix entre deux technologies principales :le frittage laser sélectif (SLS) et la modélisation par dépôt de fusion (FDM).

Explorons les possibilités de chacun.

Frittage laser sélectif

Le frittage laser sélectif (SLS) est une technologie d'impression 3D par fusion sur lit de poudre qui utilise un faisceau laser pour faire fondre et fusionner de manière sélective le matériau en poudre.

SLS offre de nombreux avantages pour la fabrication industrielle, car la technologie est capable de produire des pièces fonctionnelles avec de grandes propriétés mécaniques. De plus, SLS ne nécessite aucune structure de support, permettant des pièces de forme libre sans aucune marque de retrait de support. Cependant, les pièces nécessiteront une certaine forme de post-traitement pour obtenir une meilleure finition de surface.

Initialement, la technologie était utilisée avec divers types de nylon, mais grâce aux récents progrès de la recherche sur les matériaux, il est désormais possible de fritter de la poudre de TPU.

Actuellement, il existe quelques fabricants sur le marché qui proposent de la poudre TPU avec différents degrés de dureté Shore :

– 3D Systems propose son élastomère DuraForm TPU exclusif, compatible avec son imprimante 3D Pro 60 HD-HS.

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

– En 2017, le fabricant allemand de matériaux Advanc3D a introduit le matériau Adsint TPU 80 shA, considéré comme le matériau le plus extensible disponible dans le commerce 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 également rendre votre pièce plus rigide en augmentant l'épaisseur de paroi à 3 mm.

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

Conceptions complexes
En tant que technologie de lit de poudre, SLS peut créer des pièces fermées et imbriquées, éliminant ainsi 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 moins 1 mm. Pour les gros objets, le jeu doit être augmenté.

Trous d'évacuation
Le creusement de votre pièce peut être utile, car cela réduit le temps d'impression et économise de la matière. Cependant, ce faisant, n'oubliez pas de prendre en compte dans vos trous de conception un diamètre d'au moins 1,5 mm pour aider à éliminer la poudre coincée à l'intérieur de votre pièce après le processus d'impression.

Modélisation des dépôts de fusion

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 lors de la fabrication de pièces en TPU :premièrement, le FDM est moins cher et deuxièmement, il est généralement plus rapide de produire des pièces en TPU avec des filaments plutôt qu'avec des poudres.

D'un autre côté, l'impression 3D avec des filaments TPU utilisant FDM donnera une pièce moins précise dimensionnellement, avec des couches d'impression visibles qui ne peuvent pas être lissées. De plus, étant donné que le TPU est un matériau souple, en particulier par rapport aux thermoplastiques ABS et PLA, les filaments de TPU peuvent fléchir dans le mécanisme de l'extrudeuse, entraînant l'enroulement du filament et le colmatage d'une extrudeuse. Cependant, la douceur du matériau est ce qui rend l'adhérence couche à couche des impressions TPU solide et durable.

5 conseils pour l'impression 3D avec des filaments TPU

Configuration de base requise pour l'imprimante :

• Température de l'extrudeuse :225-250°C
• Type d'extrudeuse :L'extrudeuse Direct Drive est recommandée
• Lit d'impression chauffant :50 ±10 °C
• Refroidissement :un ventilateur de refroidissement partiel est recommandé (réglage moyen ou élevé)
• Boîtier :pas nécessaire
• Surface de construction :Ruban Kapton (PEI), ruban de peintre bleu

Température d'impression

La plage de température d'extrusion recommandée se situe entre 225-250°C selon le type d'imprimante 3D et de filament TPU que vous possédez. Cependant, gardez à l'esprit que l'impression à des températures plus élevées permettra au filament de fondre plus rapidement et de s'écouler plus facilement d'une buse.

Vitesse

Le TPU imprime généralement mieux à des vitesses plus lentes. Il est recommandé de régler la moitié de la vitesse moyenne (15 mm/s – 20 mm/s) pour garantir des impressions de haute qualité.

Multiplicateur d'extrusion

Le multiplicateur d'extrusion est le paramètre de l'imprimante 3D qui vous permet de contrôler la quantité de filament qui sort de la buse ou simplement le débit d'extrusion. Étant donné que les filaments de TPU peuvent s'extruder de manière incorrecte pendant le processus d'impression, ce qui entraîne une mauvaise liaison des couches et des périmètres. Une façon de résoudre ce problème est d'augmenter légèrement votre multiplicateur d'extrusion.

Rétractation

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

Rafts et jupes

Un radeau est une surface horizontale jetable sur laquelle une partie est imprimée, et il est utilisé pour empêcher le gauchissement. Cependant, étant donné que les pièces en TPU ne se déforment généralement pas, les radeaux ne sont pas recommandés lors de l'impression 3D avec du TPU, du moins parce qu'ils peuvent causer des problèmes d'impression supplémentaires en raison des vitesses d'impression élevées. En revanche, il serait judicieux d'imprimer une jupe - quelques boucles de matière autour de l'impression - pour vérifier le flux du filament et assurer le succès des premières couches.

Conclusion

Le TPU est un matériau très utile, offrant des propriétés uniques et un large éventail d'applications possibles.

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