Le filament PLA peut-il conduire l'électricité ? Variantes conductrices et défis d'impression

Saviez-vous qu'il existe des filaments qui peuvent réellement conduire l'électricité ? Bien qu'ils ne soient pas très connus, ou utilisés d'ailleurs, il y a définitivement des filaments conducteurs qu'on peut se procurer pour imprimer des projets incroyablement intéressants.

La question est : quelle est la conductivité du PLA standard et y a-t-il des variantes de PLA conductrices ?

Je répondrai aux deux questions dans cet article, ainsi que les problèmes qu'on peut rencontrer en imprimant avec des filaments conducteurs, quels filaments acheter, et plus.

Alors, commençons !

Le filament PLA est-il conducteur ?

Le PLA fait partie des filaments non-conducteurs car sa résistivité est de l'ordre de 10¹⁶ Ωm, similaire à la plupart des autres plastiques, ce qui en fait un excellent isolant électrique tant qu'il est à l'état solide (froid). Une fois chauffé, le PLA ramollit et devient plus conducteur et n'est plus sûr comme isolant.

L'acide polylactique (PLA) est un thermoplastique biodégradable, et comme mentionné, il peut être un excellent isolant électrique de la température ambiante à environ 70 °C. Vous pouvez utiliser le PLA pour des besoins d'isolation électrique car sa résistivité et sa rigidité diélectrique — jusqu'à 70 °C — sont similaires au polyéthylène basse densité (LDPE) et autres polymères pétroliers, le rendant extrêmement non-conducteur à l'état solide.

Cela dit, le problème avec l'utilisation du PLA dans des applications électriques comme isolant est que sa conductivité électrique dépend fortement de la température ; au-dessus de sa température de transition vitreuse Tg (70 °C), la conductivité électrique du PLA augmente significativement.

La raison est que le PLA passe à un état caoutchouteux au-dessus de sa Tg, entraînant une hausse soudaine et significative de sa conductivité électrique due au mouvement micro-brownien de ses chaînes moléculaires.

Comme le PLA perd ses propriétés isolantes avec la hausse de température, il n'est pas conseillé de l'utiliser dans des applications électriques générant de la chaleur, car cela pourrait mener à des courts-circuits. Cependant, le PLA est parfaitement adapté pour des applications basse tension et faible chaleur.

Existe-t-il des filaments conducteurs ?

Une gamme limitée de filaments conducteurs est disponible actuellement et gagne rapidement en popularité chez les makers DIY. Mais n'en faites pas trop, pour l'instant ces filaments ne conviennent qu'aux circuits simples et petits projets électroniques, mais vous pouvez encore les utiliser pour créer des choses utiles et excitantes allant de modèles 3D décorés avec LEDs intégrées à des capteurs de nivellement auto.

Le filament conducteur le plus populaire et, à ma connaissance, le plus utile est le PLA conducteur de Protopasta. Il a une résistivité de 15 Ohms par centimètre, ce qui le rend adapté pour connecter de simples composants électroniques comme capteurs, boutons, LEDs, etc.

Les filaments PLA conducteurs sont généralement formés en ajoutant du graphène, du carbone graphité et d'autres additifs, qui augmentent la conductivité du PLA normal. Ils ne conviennent qu'aux circuits basse tension où tension et courant restent sous 60 volts et 100 mA respectivement, mais ces limites varient selon types et marques.

Il y a plusieurs marques qui fabriquent ces types de filaments que je détaillerai dans un instant, sachez juste que ces filaments conducteurs sont bien plus chers et ne permettront pas de créer des circuits complexes ou quoi que ce soit de ce genre.

Quelle est la conductivité de ces filaments ?

Tous les types et marques de filaments ne sont pas également conducteurs, alors assurez-vous de vérifier la résistivité électrique du filament avant de l'acheter.

La résistivité d'un conducteur électrique est juste une mesure de la façon dont son matériau résiste au passage du courant. Elle se mesure en Ωcm et est inversement liée à la conductivité ; plus la résistivité est basse, plus le matériau est conducteur.

Heureusement, toutes ces infos sont disponibles sur la bobine ou le site du fabricant.

Les impressions 3D conductrices ont un comportement fascinant et ne sont généralement pas également conductrices dans tous les plans car elles sont imprimées le long des axes X et Y continûment mais le long de l'axe Z les couches sont extrudées les unes sur les autres, ce qui signifie qu'il y aura moins de surface de contact, et donc moins de conductivité le long de l'axe Z que le long des axes X et Y.

Essentiellement, pour l'orientation d'une impression, vous voudrez être sûr qu'elle est imprimée dans la bonne orientation pour que les parties devant être les plus conductrices aient plus de surface de contact globale.

Exemples de filaments conducteurs

Filament PLA conducteur Proto-Pasta : filament à base de PLA avec résistivité de 15 ohm.cm, disponible en diamètres 1,75 mm et 2,85 mm. Température d'impression 195-225 °C, plateau 50-60 °C.

Filament conducteur Electrifi : composite métal-polymère propriétaire consistant principalement en polyester biodégradable (probablement PLA) et cuivre. Coûte 196 $ les 100 g, résistivité 0,006 Ω.cm. Diamètres 1,75 mm et 2,85 mm. Température d'impression 130-160 °C, plateau 50-60 °C.

Filament ABS conducteur SUNLU : filament à base d'ABS coûtant 40,01 $ le kg. Disponible seulement en 1,75 mm. Température d'impression 220-240 °C, plateau 20-120 °C.

Filament PLA conducteur noir AMOLEN : filament à base de PLA coûtant 22,99 $ les 200 g. Résistivité 1,42 Ω.cm. Disponible seulement en 1,75 mm. Température d'impression 220-250 °C, plateau 0-50 °C.

Utilisations des filaments conducteurs

Les filaments conducteurs ont permis de développer des circuits électriques basse tension légers, durables et flexibles, considéré comme une percée dans l'électronique portable car des capteurs électriques flexibles imprimés en 3D peuvent être intégrés sans couture dans les vêtements, par exemple.

Ils peuvent aussi être utiles dans les télécommunications pour imprimer des boucliers électromagnétiques et radiofréquences hautement personnalisés, filtres, antennes et autres composants. Les laboratoires industriels/scientifiques et institutions de santé peuvent bénéficier de boucliers EMI et RF imprimés en 3D contre signaux parasites pouvant rendre des équipements sensibles défaillants.

Ingénieurs, makers et passionnés DIY peuvent utiliser les filaments conducteurs pour faire différents types de circuits, capteurs capacitifs de toute forme pour applications industrielles et ingénierie, claviers, manettes de jeu, et projets Arduino excitants.

Rappelez-vous que les filaments conducteurs ne peuvent pas être utilisés pour applications haute tension ou forte chaleur car ils fondront et court-circuiteront.

Impressions gratuites pour tester les filaments conducteurs

Des gens très créatifs ont trouvé des façons d'utiliser les filaments conducteurs pour créer des impressions 3D incroyables, certaines plus fonctionnelles que d'autres, mais l'imagination est la limite.

• Testeur de batterie.
• Lampe torche.
• Terminator électrifié.

Si vous voulez trouver plus d'impressions 3D ingénieuses conçues pour filaments conducteurs, consultez cet article sur Hackday ou utilisez notre moteur de recherche pour trouver des fichiers à imprimer.

Problèmes d'impression avec filament conducteur

Problèmes de court-circuit : Comme mentionné, la température de transition vitreuse du PLA est d'environ 70 °C, ce qui signifie qu'une fois atteint, il ramollit et devient plus conducteur, ce qui pourrait mener à des courts-circuits. En gros, n'utilisez pas de PLA conducteur à moins d'être sûr qu'il n'approchera jamais ces températures.

Les filaments conducteurs sont abrasifs : Le PLA conducteur est généralement infusé de carbone ce qui lui donne ses propriétés conductrices, mais le rend extrêmement abrasif sur la buse d'extrudeur. Si vous utilisez une buse en laiton, vous la remplacerez probablement après seulement 500 g de filament.

Bouchage de buse : Les filaments conducteurs sont plus difficiles à imprimer, ce qui signifie que la vitesse d'impression doit être réduite et la température de buse augmentée pour éviter le bouchage.

Conclusion

Les filaments conducteurs sont l'une des additions les plus amusantes au monde de l'impression 3D, même s'ils ne peuvent pas vraiment remplacer le câblage en cuivre. Mais si vous voulez faire une manette de jeu, une lampe torche, ou même cette tête de Terminator avec LED liée plus haut, le filament conducteur est la voie.

Rappelez-vous de l'utiliser à bon escient et d'éviter les courts-circuits électriques !

J'espère que ces informations étaient utiles !

Bonne journée !

Consultez notre section produits recommandés

Nous avons créé une section produits recommandés pour éliminer les conjectures et réduire le temps de recherche sur quelle imprimante, filament ou upgrade choisir, car cela peut être décourageant et source de confusion.

Nous avons sélectionné quelques imprimantes 3D que nous jugeons bonnes pour débutants, intermédiaires et experts, facilitant le choix. Les filaments et upgrades listés ont tous été testés et soigneusement sélectionnés par nos soins, donc quel que soit votre choix, il fonctionnera comme prévu.