Imprimer des joints durables avec filament 3D : Quel matériau fonctionne le mieux ?

L'une des raisons pour lesquelles j'aime tant l'impression 3D, c'est à cause de son utilité réelle pour réparer des choses chez soi, comme l'évier de votre salle de bain ou de votre cuisine.

Cependant, tous les types de filaments n'ont pas les mêmes propriétés, ce qui soulève la question : Quel filament est le meilleur pour imprimer des joints qui fonctionnent vraiment et durent des années ?

En bref : Le meilleur filament pour imprimer des joints est le TPU, non seulement à cause de ses propriétés flexibles mais aussi parce qu'il peut résister à 110 °C ainsi qu'à des températures très basses sans se déformer ni s'abîmer, et il est même résistant à l'abrasion, aux produits chimiques et aux huiles, ce qui en fait le plastique idéal pour imprimer des objets qui subissent beaucoup d'usure, comme les joints.

Dans cet article, je passerai en revue pourquoi le TPU est le meilleur filament pour le sujet, les problèmes potentiels que vous pourriez rencontrer lors de l'impression avec du TPU, quelles marques acheter, et même comment imprimer avec du TPU avec succès.

Alors, sans plus attendre, commençons !

Propriétés du TPU qui font d'excellents joints d'impression 3D

Le Polyuréthane Thermoplastique (TPU) est un type de thermoplastique flexible qui est aussi hautement résistant à l'abrasion, ainsi qu'à l'usure. Dans le processus de fabrication, il est utilisé pour un certain nombre de différents types d'articles pour l'usage consommateur et industriel. Quand le bon mélange est utilisé pour faire du TPU, il peut offrir une texture lisse et douce, mais maintenir la durabilité pour être utilisé dans une variété d'applications.

L'impression 3D avec du TPU est idéale pour ceux qui cherchent à obtenir des impressions douces, flexibles et fonctionnelles sans sacrifier la durabilité et la résistance à l'abrasion, aux produits chimiques, et aux huiles.

Le TPU peut aussi fonctionner sans problèmes à des températures allant jusqu'à 110 °C, et toutes ces caractéristiques en font le type de filament idéal pour imprimer des joints. De plus, le fait que le TPU est aussi résistant à des températures extrêmement basses signifie que les pièces imprimées avec du TPU ne deviendront pas cassantes et difficiles à travailler.

Le filament TPE est un bon substitut pour le TPU, mais il a tendance à se déformer à des températures plus basses et à retenir moins de sa flexibilité. Le TPE est aussi un peu plus difficile à imprimer que le TPU.

Les joints, joints toriques (O-rings), et joints d'étanchéité nécessitent une haute résistance à l'abrasion, une durabilité durable, et une résistance aux huiles et autres produits chimiques. La haute résistance à l'abrasion et chimique du TPU accompagnée d'une excellente flexibilité, résistance à la déchirure, et élongation assurent que vos joints et joints d'étanchéité sont imprimés avec la même qualité, sinon supérieure, que ceux du commerce que vous achetez dans n'importe quelle quincaillerie.

L'adhérence inter-couches du TPU est excellente, ce qui signifie qu'il y a très peu de curling, gauchissement (warping) ou délaminage pendant le processus d'impression, et le produit final sortira généralement très bien.

La flexibilité du TPU dépend beaucoup de la façon dont le logiciel d'impression 3D est configuré ; Les designs avec un pourcentage de remplissage plus bas sont plus flexibles par opposition à ceux avec un remplissage plus élevé, et cela vous permet de créer des objets légèrement plus élastiques ou rigides.

Tout cela étant dit, il faut beaucoup de puissance pour qu'une imprimante 3D traite les filaments TPU puisque la température à laquelle il imprime est de 250 °C, et la plupart des imprimantes 3D abordables ne sont pas capables d'imprimer du TPU directement sorties de la boîte et certaines modifications pourraient être nécessaires.

Le TPU peut-il résister à des températures élevées ?

Donné que le TPU a une température de transition vitreuse allant jusqu'à 60 °C seulement, cela soulève la question : Est-il possible d'imprimer en 3D des joints en utilisant ce filament qui résisteront à des températures élevées ?

J'ai fait quelques tests et j'ai trouvé que les joints imprimés à partir de filament TPU sont plus que capables de résister à des températures élevées continues allant jusqu'à 110 °C sans aucun problème.

Cela peut sembler bizarre au premier abord mais la raison derrière cela est simple : Au-dessus de la température de transition vitreuse, les objets imprimés en 3D deviennent mous et perdent leur rigidité, et ce n'est pas un problème pour les pièces imprimées avec du TPU puisqu'elles sont déjà souples et flexibles même en dessous de la température de transition vitreuse du TPU. Il est à noter ici que, bien que la température de transition vitreuse du TPU ne soit que de 60 °C, la température de fusion est de 225 °C.

En bref : Le TPU peut résister à des températures allant jusqu'à 110 °C, ou même plus dans les bonnes conditions, même malgré sa température de transition vitreuse n'étant que de 60 °C. La raison en est que comme c'est déjà un matériau flexible, l'augmentation de sa température ne le fera pas se déformer, comme cela arrive avec le PLA par exemple.

Problèmes potentiels lors de l'impression avec du TPU

Lors de l'impression avec des filaments flexibles, vous voudrez vous assurer que la ventilation dans votre zone d'impression est bonne, car ces matériaux expulsent parfois une petite quantité de fumées toxiques pendant l'impression, et la ventilation peut protéger les utilisateurs de l'inhalation de ces fumées.

Tous les filaments flexibles, y compris le TPU, sont hygroscopiques et ont tendance à absorber l'humidité de l'air et gonfleront s'ils ne sont pas séchés avant utilisation (bien sûr, la meilleure solution est de stocker les filaments correctement).

Quand le matériau est encore humide, il peut être extrudé, mais il n'imprimera pas bien du tout, vous aurez probablement à nettoyer l'extrudeur après. Par conséquent, utiliser un filament complètement sec est de la plus haute importance.

Si vous essayez d'extruder un matériau avant qu'il ne soit complètement sec, il va pétiller et crépiter. Le crépitement que vous entendez est causé par l'eau qui a été absorbée dans le filament et qui se transforme instantanément en vapeur lorsqu'elle frappe la buse, cela laisse généralement des vides dans votre impression ou cause du stringing excessif.

Quand cela arrive, la qualité de la pièce imprimée n'est pas seulement visuellement pire, la structure moléculaire est aussi compromise, donc ce n'est pas nearly aussi fort que ce serait si elle était imprimée en utilisant un filament TPU sec. Pour cette raison, assurez-vous de sécher vos filaments flexibles avant d'imprimer des joints si vous voulez qu'ils fonctionnent correctement et durent longtemps.

Filaments recommandés pour l'impression de joints

Il est important d'acheter un filament TPU de haute qualité, surtout si vous pensez utiliser les pièces imprimées pour quelque chose qui doit résister à des températures élevées et beaucoup d'usure, comme les joints. Il y a beaucoup d'entreprises qui vendent du TPU de basse qualité, et cela cause des problèmes quand ils sont imprimés en 3D.

Je recommanderais ces deux marques de filament TPU, et assurez-vous de consulter leurs spécifications techniques avant d'acheter et de suivre strictement leurs directives d'impression.

NinjaFlex (TPU)

Ninjatek est la marque premium pour les filaments d'impression 3D et leur filament flexible NinjaFlex est un choix fiable pour l'impression 3D de joints, joints d'étanchéité, et bouchons de qualité professionnelle.

Le filament NinjaFlex a une texture qui est beaucoup plus amicale pour les extrudeurs que les autres matériaux. Leur technologie unique réduira les risques de casser ou de bourrer votre extrudeur et imprimera des pièces solides à partir d'extrudeurs à entraînement direct.

Bien qu'il puisse être plus cher que certaines autres marques, si vous avez besoin d'imprimer un objet qui doit être fiable, je pense que c'est votre meilleur pari.

Matterhackers Pro TPU

La série PRO TPU de MatterHackers est un excellent choix pour l'impression 3D de joints aussi, puisque les pièces imprimées à partir de leur TPU ont de l'élasticité et une résistance à la fatigue.

Le TPU série PRO est un matériau polyvalent qui peut être utilisé pour une variété d'applications, et tout comme NinjaFlex, je le recommanderais par rapport à la plupart des autres marques.

Comment imprimer avec du TPU

L'un des nombreux défis uniques de l'utilisation de filaments flexibles comme le TPU est qu'ils peuvent être délicats à utiliser sous certaines conditions, et il y a plusieurs problèmes que vous voudrez éviter lors de l'impression 3D en TPU, tels que le bourrage de filament, le pliage (kinking), et le stringing. Pour les éviter, assurez-vous de suivre ces instructions !

Note : Bien que non nécessaire, vous devriez imprimer en utilisant un plateau chauffant à environ 65 °C pour de meilleurs résultats et régler la température d'impression entre 225 °C et 250 °C.

Utilisez des extrudeurs à entraînement direct (Direct Drive)

Les filaments entièrement flexibles sont normalement utilisés avec des extrudeurs à entraînement direct car le filament est trop flexible pour un extrudeur Bowden. Plus l'engrenage d'entraînement est proche de la zone de fusion, plus le filament fondra et s'alimentera dans la buse rapidement et efficacement.

Le filament a aussi besoin de voyager à travers un canal avec des tolérances serrées qui l'empêchent de se plier ou de s'enrouler. Pour ces raisons, un extrudeur Bowden est généralement moins pratique qu'un extrudeur à entraînement direct. Si vous n'êtes pas sûr si votre imprimante est prête pour le filament flexible, assurez-vous de vérifier avec le fabricant.

Note : Comme je l'ai mentionné plus tôt, la plupart des imprimantes bas de gamme ne peuvent pas imprimer de filament flexible.

Utilisez des vitesses d'alimentation lentes et constantes

Pour de meilleurs résultats lors de l'impression de filament flexible, une vitesse d'alimentation lente et constante est recommandée car il est difficile de contrôler un changement soudain de la vitesse d'extrusion quand on utilise un filament élastique.

Plus vous essayez d'imprimer un objet vite, plus il est probable que le filament se compressera contre l'extrudeur et causera un bourrage. La meilleure approche est d'imprimer à des vitesses lentes et constantes. Vous pouvez vous faire gagner du temps et de l'argent en testant diverses vitesses d'impression et en choisissant une optimale basée sur vos résultats.

Plus probable que pas, des vitesses de 20 mm/s peuvent être un bon point de départ pour la plupart des matériaux.

Réduisez la résistance de la bobine de filament

Si vous imprimez avec des matériaux flexibles, vous devrez changer la façon dont vous chargez votre bobine : Quand votre extrudeur tire le filament dans la buse, la bobine de filament se déroulera un peu de plastique. Cependant, les filaments flexibles, comme le TPU, et les matériaux qui sont hauts en élasticité s'étireront à cause de cette force de traction et cela résultera en une sous-extrusion.

Pour résoudre cela, montez votre filament directement au-dessus du sommet de votre imprimante, cela permettra au filament de se dérouler dans un mouvement plus naturel dans une direction descendante et éliminera la friction. Si le moyeu de la bobine est monté sur un roulement, cela permet à la bobine de tourner beaucoup plus librement, ce qui peut aussi aider le filament à se dérouler facilement.

Ajustez vos paramètres de rétraction

Les filaments flexibles sont sensibles aux mouvements rapides tels que les rétractions. Vous devez réduire les mouvements de rétraction pour une impression réussie en optimisant vos paramètres de rétraction.

Pour ceux qui débutent avec le TPU, je recommande de désactiver la rétraction complètement pour que vous puissiez vous concentrer sur l'optimisation de la vitesse et des taux d'extrusion pour imprimer vos modèles de manière fiable.

Après avoir eu plus de pratique avec ces paramètres, si vous ajoutez juste un peu de rétraction, vous réduirez le suintement.

Optimisez vos mouvements de déplacement

Si vous utilisez des matériaux flexibles, vous devriez utiliser aussi peu de rétractions que possible, car elles peuvent causer des problèmes significatifs pour vos impressions. Vérifiez les paramètres de votre slicer pour ajuster cela.

Conclusion

La plupart des filaments flexibles devraient fonctionner pour imprimer des joints, mais le TPU, surtout ceux faits par les marques que j'ai mentionnées plus tôt, feront mieux globalement.

Imprimer avec pourrait être un peu plus dur qu'avec le bon vieux PLA, mais ce n'est pas aussi dur à imprimer que certains autres matériaux, alors essayez !

J'espère que cette information était utile !

Passez une excellente journée !

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