Impression 3D avec des résines :une introduction

Les résines constituent une grande partie de la recherche sur les matériaux au sein de l'impression 3D et sont idéales pour produire rapidement des pièces avec un haut niveau de précision. Les résines d'impression 3D sont des photopolymères liquides , principalement utilisé avec des technologies telles que la stéréolithographie (SLA) et le jet de matériaux.

Pour vous aider à mieux naviguer dans le monde des résines d'impression 3D, le tutoriel d'aujourd'hui couvrira les principaux types de résines disponibles sur le marché, les principales technologies utilisées ainsi que les applications clés.

Que sont les photopolymères ?

Les photopolymères sont des résines photosensibles qui modifient leurs propriétés physiques ou chimiques lorsqu'elles sont exposées à une source lumineuse, généralement la lumière UV. Contrairement aux thermoplastiques utilisés dans la modélisation par dépôt en fusion (FDM), les photopolymères sont des thermodurs , ce qui signifie que bien que le matériau se renforce lorsqu'il est chauffé, une fois durci par une lumière UV, il ne peut pas être refondu ou réchauffé.

Les photopolymères sont généralement plus cassants que les thermoplastiques FDM ou SLS, bien qu'ils soient capables de créer des objets avec une résolution plus élevée et une finition de surface plus lisse. Avec une gamme de couleurs et de propriétés disponibles, les résines imprimées en 3D sont parfaitement adaptées à une gamme d'applications, y compris les prototypes visuels et fonctionnels, les dispositifs médicaux et les modèles de moulage pour les bijoux.

Impression 3D avec des résines :SLA et jet de matériau

La stéréolithographie (SLA) et le Material Jetting sont les deux technologies les plus couramment utilisées pour les résines d'impression 3D. Cependant, bien que les deux technologies utilisent la lumière UV pour durcir les photopolymères liquides et nécessitent des structures de support, les similitudes s'arrêtent là.

Le processus SLA

Au cours du processus de production SLA, une cuve d'une résine photodurcissable liquide est sélectivement durcie par un laser UV couche par couche, provoquant la solidification de la résine. Une fois l'impression terminée, la pièce en résine doit être post-polymérisée pour améliorer ses propriétés mécaniques.

Le processus de projection de matériaux

En revanche, le Material Jetting (ou PolyJet) est un procédé d'impression à jet d'encre et n'utilise pas de laser. Les imprimantes à jet de matériau sont équipées de têtes d'impression qui déposent un matériau photoréactif liquide sur une plate-forme de construction couche après couche. Une fois qu'une couche de matériau a été déposée, elle est durcie par une lumière UV. Contrairement au SLA, les pièces imprimées ne nécessitent pas ou très peu de post-durcissement.

Les principaux avantages de l'utilisation de ces technologies avec des résines sont la grande vitesse et les niveaux élevés de précision disponibles. De plus, avec le jet de matériaux, il est possible de produire des pièces en couleur et multi-matériaux, avec un certain nombre de matériaux composites uniques avec des propriétés hybrides possibles. Ceci est possible grâce à la singularité du processus de projection de matériau :les systèmes de projection de matériau contiennent généralement plusieurs buses qui peuvent déposer différents matériaux et/ou différentes couleurs en un seul processus d'impression.

Résines SLA

SLA peut être utilisé avec une large gamme de résines, bien que les options varient en fonction du type d'imprimante 3D SLA que vous choisissez. Généralement, les résines SLA peuvent être développées pour simuler différentes propriétés des matériaux traditionnels. Par exemple, développer des résines comparables à de la cire pour le moulage de cire ou un matériau composite avec les propriétés matérielles de la céramique sont deux options possibles. D'autres résines peuvent imiter les propriétés des thermoplastiques traditionnels comme l'ABS et le PP.

Résines standards

Les résines standard offrent des caractéristiques très précises et une finition de surface lisse. Ils viennent également dans un large assortiment de choix de couleurs (de clair à une variété de couleurs opaques).

Un inconvénient de ce matériau, cependant, est sa fragilité, ce qui rend les résines standard plus adaptées au prototypage.

Résine durable

Les résines durables ou résistantes simulent les propriétés des thermoplastiques ABS et PP, permettant une résistance, une ténacité et une durabilité supérieures à celles des résines standard. Les résines de type ABS et PP conviennent aux prototypes fonctionnels, aux produits de consommation et généralement aux pièces mécaniques à faible frottement et à faible usure.

La résine de type PP a également des propriétés semi-flexibles et est idéale pour les assemblages par encliquetage. Cependant, la faible résistance thermique de ce type de résine doit être prise en compte lors du choix du bon matériau pour votre application.

Résine de type caoutchouc

Ce matériau peut créer des pièces flexibles avec une sensation douce de caoutchouc. La résine de type caoutchouc peut être compressée et pliée, ce qui en fait un bon choix pour les modèles compressibles, le prototypage de vêtements, les poignées et les poignées, ainsi que pour les applications de mode et de bijouterie.

Cependant, il convient de noter que les propriétés d'une résine caoutchouteuse ne peuvent être comparées à du vrai caoutchouc. Le matériau nécessitera également des structures de support lorsqu'il sera imprimé en 3D.

Résine haute température

Ce type de résine présente une résistance thermique élevée (supérieure à 200°C) et une grande rigidité. Grâce à ses propriétés thermiques, cette résine à haute température peut être utilisée pour créer des outils pour le moulage par injection et le thermoformage en petites séries, ainsi que divers gabarits et montages.

Formlabs ouvre la voie en tant que l'un des rares fabricants pour produire des résines à haute température, et le matériau peut être utilisé pour produire des outils de moulage et de thermoformage, en plus des outils de moulage par injection.

Résine coulable

La résine coulable est un choix rentable pour la production de modèles complexes pour le moulage de précision (ou de bijoux). Au cours du processus de moulage à la cire perdue, un moule en céramique est fabriqué autour d'un modèle en cire. Lorsque le moule s'est solidifié, la cire est brûlée et le métal en fusion est versé pour créer une pièce.

Résine dentaire et médicale s

Si vous avez besoin de pièces aux propriétés biocompatibles pour les applications dentaires et médicales, ces types de résines sont les matériaux de prédilection. Les résines dentaires et médicales ont été utilisées avec succès pour imprimer en 3D des aides auditives et des guides chirurgicaux sur mesure.

Les pièces imprimées avec ces résines peuvent être stérilisées à la vapeur pour une utilisation directe en salle d'opération. Il existe également une option de résine dentaire biocompatible à long terme, qui peut être utilisée dans des appareils orthodontiques conçus pour un contact plus long avec le corps humain (jusqu'à un an).

Résine chargée céramique

Ce photopolymère chargé de silice offre une résistance à la traction et une rigidité élevées, créant des pièces avec des surfaces très lisses et des caractéristiques fines. La résine céramique est un matériau SLA relativement nouveau et nécessite généralement un niveau de compétence plus élevé que les autres résines.

De plus, les pièces imprimées en 3D avec de la résine céramique peuvent être cuites dans un four, brûlant le polymère et résultant en une véritable pièce en céramique. Le matériau est bien adapté à une variété d'applications, allant de l'outillage, des gabarits et des montages aux boîtiers électriques et aux applications dans l'art et la conception.

Résines de projection de matériaux

Le jet de matériaux utilise des résines photopolymères similaires à celles utilisées dans le SLA, mais sous une forme moins visqueuse, semblable à de l'encre. Certaines de ces résines imitent également les propriétés des matériaux d'impression 3D FDM comme le PP et l'ABS. Comme les résines SLA, les photopolymères Material Jetting sont disponibles dans une variété d'options de couleurs ainsi qu'un certain nombre de matériaux spéciaux (moulables, haute température, qualité médicale). En général, les résines Material Jetting sont fragiles, ont une faible température de déflexion thermique et leur coût par kilogramme est beaucoup plus élevé que les résines SLA (environ 300 $ à 1 000 $).

Comme la plupart des résines utilisées dans le Material Jetting ont à peu près les mêmes caractéristiques que les résines SLA, nous allons nous concentrer sur les matériaux utilisés avec la technologie. Il s'agit notamment de composite matériaux pour l'impression 3D multi-matériaux. Les matériaux composites sont créés en combinant deux ou plusieurs matériaux avec des propriétés différentes (telles que des combinaisons rigides et élastomères ou translucides et opaques) au sein d'une même pièce. Une application de ceci serait dans le domaine du prototypage : par exemple, les entreprises peuvent imprimer en 3D des prototypes en couleur avec l'aspect et la convivialité du produit final.

En outre, les matériaux composites de qualité technique peuvent être un bon choix pour les moules pour les petites séries de moulage par injection, ainsi que pour divers types de gabarits et de montages.

Des possibilités infinies

Dans ce didacticiel, nous avons principalement discuté des résines durcissables à la lumière UV utilisées avec les technologies d'impression 3D largement établies. Cependant, le marché de l'impression 3D propose également une nouvelle génération de techniques de photopolymérisation :par exemple, la technologie de production d'interface liquide continue (CLIP) de Carbon, qui prend en charge les résines de qualité technique et aurait une vitesse d'impression plus rapide que le SLA.

Le carbone a élargi le champ d'applications des résines puisqu'il propose actuellement huit différents types de résines. L'un d'eux comprend l'ester de cyanite (CE) de l'entreprise, un matériau CLIP unique avec une température de déflexion thermique de 231 °C et une résistance comparable au nylon chargé de verre.

Grâce aux progrès continus dans le domaine de résines photopolymères, l'avenir de ces matériaux est certainement prometteur. Une entreprise pionnière dans ce domaine est Photocentric, une société basée au Royaume-Uni spécialisée dans les matériaux photopolymères. La société développe des polymères pour l'impression 3D qui peuvent être durcis à l'aide d'un écran LCD au lieu de la lumière UV, pionnière dans le domaine des « résines à la lumière du jour ».

Avec beaucoup d'innovations dans le domaine des matériaux photopolymères, nous ne pouvons que attendons avec impatience plus d'applications et de cas d'utilisation à l'avenir.