Matériaux d'impression 3D FDM comparés

Introduction

Choisir le bon type de matériau pour imprimer un objet donné devient de plus en plus difficile, car le marché de l'impression 3D voit l'émergence régulière de matériaux radicalement nouveaux. Dans l'impression 3D FDM
, le PLA et l'ABS ont toujours été les deux principaux polymères utilisés, mais leur domination initiale était principalement fortuite, il ne devrait donc pas y avoir d'obstacles majeurs pour que d'autres polymères jouent un rôle clé dans l'avenir du FDM .

Nous voyons maintenant de nouveaux produits devenir plus populaires, à la fois des polymères purs et des composites. Dans cette étude, nous nous concentrons sur les principaux polymères purs qui existent aujourd'hui sur le marché :PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Souple) et PC. Nous résumons les principales différences entre leurs propriétés dans des profils instantanés afin que les utilisateurs puissent prendre une décision rapide sur le meilleur polymère à utiliser pour leur application.

Méthodologie

Les matériaux sont généralement classés en 3 catégories :performances mécaniques, qualité visuelle et processus. Dans ce cas, nous décomposons davantage ces catégories pour brosser un tableau plus clair des propriétés du polymère. Le choix du matériau dépend vraiment de ce que l'utilisateur veut imprimer, nous avons donc répertorié les critères de décision clés nécessaires pour choisir un matériau (autres que le coût et la vitesse) :

• Facilité d'impression : La facilité d'impression d'un matériau :adhérence au lit, vitesse d'impression maximale, fréquence des échecs d'impression, précision du débit, facilité d'alimentation dans l'imprimante, etc.
  
• Contrainte maximale : Contrainte maximale que l'objet peut subir avant de se casser en tirant lentement dessus.
  
• Allongement à la rupture : Longueur maximale pendant laquelle l'objet a été étiré avant de se casser.
  
• Résistance aux chocs : Énergie nécessaire pour casser un objet avec un impact soudain.
  
• Adhésion des couches (isotropie) : Quelle est la qualité de l'adhérence entre les couches de matériau. Elle est liée à « l'isotropie » (=uniformité dans toutes les directions) :meilleure est l'adhérence de la couche, plus l'objet sera isotrope.
  
• Résistance à la chaleur : Température maximale que l'objet peut supporter avant de se ramollir et de se déformer.
  
  

Nous fournissons également des informations supplémentaires qui ne sont pas capturées dans le diagramme, pour l'une des deux raisons suivantes :

• Ils ne sont ni "bons" ni "mauvais" par essence ; ce sont juste des propriétés qui conviennent à certaines applications et pas à d'autres, comme la rigidité.
  
• Nous n'en avons pas une bonne évaluation quantitative, mais nous savons qu'il s'agit d'un facteur important, comme la résistance à l'humidité ou la toxicité.
  

Résultats

Chaque matériau a été classé selon les critères suivants sur une échelle de 1 (faible) à 5 (élevé). Ce sont des notes relatives pour le processus FDM - elles auraient un aspect assez différent si d'autres technologies de fabrication étaient prises en compte. A partir des données d'Optimatter, les polymères ont été classés selon les différents critères pris en compte :

Faites imprimer vos pièces dans ces matériaux :

PLAABSPETNylonTPU

PLA

Le PLA est le polymère le plus facile à imprimer et offre une bonne qualité visuelle. Il est très rigide et en fait assez solide, mais il est très cassant.

Avantages	Inconvénients
Biosourcé, biodégradable	Faible résistance à l'humidité
Sans odeur	Ne peut pas être collé facilement
Peut être post-traité avec du papier abrasif et peint à l'acrylique
Bonne résistance aux UV

ABS

L'ABS est généralement choisi par rapport au PLA lorsqu'une résistance à la température et une ténacité plus élevées sont requises.

Avantages	Inconvénients
Peut être post-traité avec des vapeurs d'acétone pour une finition brillante	sensible aux UV
Peut être post-traité avec du papier abrasif et peint à l'acrylique	Odeur lors de l'impression
L'acétone peut également être utilisée comme colle forte	Émissions de fumées potentiellement élevées
Bonne résistance à l'abrasion

ANIMAL

Le PET est un polymère légèrement plus mou, bien arrondi et qui possède des propriétés supplémentaires intéressantes avec peu d'inconvénients majeurs.

Avantages	Inconvénients
Peut entrer en contact avec des aliments	Plus lourd que le PLA et l'ABS
Haute résistance à l'humidité
Haute résistance chimique
Recyclable
Bonne résistance à l'abrasion
Peut être post-traité avec du papier abrasif et peint à l'acrylique

Nylon

Le nylon possède de grandes propriétés mécaniques, et en particulier, la meilleure résistance aux chocs pour un filament non flexible. L'adhérence des couches peut cependant être un problème.

Avantages	Inconvénients
Bonne résistance chimique	Absorbe l'humidité
Haute résistance	Émissions de fumées potentiellement élevées

TPU

Le TPU est principalement utilisé pour des applications flexibles, mais sa très haute résistance aux chocs peut s'ouvrir à d'autres applications.

Avantages	Inconvénients
Bonne résistance à l'abrasion	Difficile à publier
Bonne résistance à l'huile et à la graisse	Ne peut pas être collé facilement

PC

Le PC est le matériau le plus solide de tous, et peut être une alternative intéressante à l'ABS car les propriétés sont assez similaires.

Avantages	Inconvénients
Peut être stérilisé	sensible aux UV
Facile à post-traiter (ponçage)

Conclusion

Choisir le bon polymère est essentiel pour obtenir les bonnes propriétés pour une pièce imprimée en 3D, surtout si la pièce a une utilisation fonctionnelle. Cet article aidera les utilisateurs à trouver le bon matériau en fonction des propriétés dont ils ont besoin. Cependant, les fournisseurs de matériaux fournissent également souvent des mélanges ou ajoutent des additifs pour modifier les propriétés du polymère pur (par exemple, en ajoutant de la fibre de carbone pour rendre le matériau plus rigide). Nous n'abordons pas ces formulations plus complexes dans cet article, mais vous pouvez trouver des données sur certains de ces produits dans notre outil d'optimisation chez OptiMatter.

Avertissement

• Les notes données dans cet article concernent un polymère moyen représentant la chimie générale, mais les performances varient en fonction du produit ou du fournisseur réel auprès duquel l'utilisateur achète.
  
• Toutes les données sous-jacentes à nos notes dans cette étude ont été mesurées par 3D Matter, à l'exception de la résistance à la chaleur, pour laquelle nous avons utilisé la température du verre donnée par plusieurs fournisseurs de filaments.
  
• Pour les sections intitulées "Considérations supplémentaires", nous utilisons une combinaison d'évaluations tierces et de nos propres observations.
  
• Le type de nylon dont nous parlons dans cet article est le nylon 6, et non le nylon 11 ou 12.
  
• La qualité visuelle est testée sans post-traitement significatif. Il existe des moyens de lisser les impressions et d'améliorer considérablement la qualité visuelle d'un polymère donné (par exemple, en utilisant de la vapeur d'acétone sur de l'ABS).
  
• La toxicité des polymères d'impression 3D n'est pas encore très bien comprise et est un facteur qui pourrait jouer un rôle plus important à l'avenir. Nous basons nos commentaires concernant la toxicité sur une étude réalisée par Azimi et al. [1]
  
  

[1] Azimi et al, Émissions de particules ultrafines et de composés organiques volatils provenant d'imprimantes tridimensionnelles de bureau disponibles dans le commerce avec plusieurs filaments, Environmental Science &Technology, 2016

Un grand merci à 3D Matter pour avoir partagé cette recherche de matériaux avec notre communauté.