La résine est-elle plus résistante que le filament ? Expliqué simplement !

La communauté de l'impression 3D a longuement débattu des avantages et des inconvénients des imprimantes à résine et à filament. Les sujets les plus couramment abordés sont liés à la qualité des impressions, au coût des matériaux et aux temps d'impression de chaque technologie.

Il se peut également que nous ayons besoin d'imprimer un objet qui nécessite certaines propriétés structurelles spécifiques, telles qu'une résistance à la traction et une résistance aux chocs, et que nous ayons besoin de savoir si les pièces en résine sont plus solides ou plus faibles que celles imprimées en filament.

En ce qui concerne la résistance, les pièces imprimées FDM ont tendance à être plus résistantes que les objets imprimés en résine. Cela est vrai à la fois en termes de résistance aux chocs et de résistance à la traction. Presque tous les filaments populaires comme l'ABS, le PLA, le PETG, le nylon et le polycarbonate surpassent les impressions en résine ordinaires. Il convient néanmoins de mentionner que Tough Resin est plus résistant que l'ABS, le PETG et le nylon.

Comparaison de la résistance à la traction de la résine et du filament

Résistance à la traction de différents filaments et résines (méga Pascals)

Matériel	MPa
Polycarbonate	67
PLA	64
Résine résistante	55
PETG	50
Nylon	48
ABS	38
Résine	23

La résistance à la traction mesure la quantité de contrainte qu'un matériau spécifique peut supporter lorsqu'il est étiré jusqu'à son point de rupture. La résistance à la traction du matériau est mesurée au point de rupture et varie entre les différents matériaux utilisés pour fabriquer un composant identique.

Il s'agit d'un test assez courant effectué dans la plupart des industries; cependant, afin de produire des résultats assez précis, le processus de construction réel doit être pris en compte et pris en compte comme une variable.

Le consensus est que les impressions 3D en résine ne sont pas si résistantes aux chocs ; en outre, il existe un grand point d'interrogation sur le durcissement continu des produits en résine exposés périodiquement à la lumière UV. Alors que de l'autre côté de l'échelle, le PLA est un matériau résistant aux basses températures relativement bon marché dans une boîte étiquetée "dernier recours".

Ces hypothèses ne pourraient pas être plus éloignées de la vérité, et la vérité est révélée dans des tests justes et précis. Voici un aperçu de base des tests de résistance à la traction effectués sur différents types de filaments FDM, qui ont été effectués par Airwolf 3D conformément aux normes ISO 527*. Un crochet a été fabriqué à partir de différents matériaux et mis à l'épreuve.

* :Ces lignes directrices précisent les conditions générales de détermination des propriétés en traction des thermoplastiques dans des conditions spécifiées.

PLA

Le lit d'impression a été réglé à 60°C et le crochet a été imprimé sans enceinte pour maintenir la chaleur à un niveau modéré. Le crochet en PLA a réussi à supporter un poids de 285 livres, ce qui se traduit par une résistance à la traction de 64,4 MPa, mais il y a toujours un hic.

Le PLA perdra sa résistance à la traction avec le temps et, par conséquent, ne doit être utilisé que dans le but pour lequel il a été conçu, qui est de fabriquer des jouets et des objets décoratifs, mais pas à des fins nécessitant une résistance à la traction élevée.

GPE

Le PETG mesuré à 50,0 MPa, ce qui est surprenant car on s'attendrait à ce qu'il soit plus résistant que le PLA. Un test différent mené par toms3d.org a opposé le PLA au PETG, mais deux structures de test de chacun ont été imprimées pour déterminer l'effet de la direction de la couche. Les deux échantillons ont été imprimés verticalement et horizontalement.

Le test effectué était un test de pliage pour déterminer le point où l'échantillon casse. Les échantillons imprimés verticaux ont d'abord été testés, ce qui testerait également l'adhérence des couches. L'échantillon de PLA a résisté à un peu moins de 8 kg tandis que le PTEG a géré 5,9 kg. Le deuxième échantillon a testé la résistance du matériau et le PLA mesurait 16,6 kg, tandis que l'échantillon de PETG n'a pas échoué car il ne s'est pas du tout cassé, mais plutôt plié.

Essentiellement, le PETG est plus flexible et ne se cassera pas sous certaines forces comme le ferait le PLA, mais en ce qui concerne la résistance à la traction, le PLA est plus fort.

ABS

Avec le test ISO 527, l'ABS a été évalué à 38,6 MPa, ce qui est nettement plus faible que le PLA et le PETG. Lors du test du crochet, l'ABS a mal fonctionné et s'est cassé instantanément avec la même charge de 285 lb.

Bien que l'ABS soit considéré comme un véritable matériau d'ingénierie utilisé dans les applications quotidiennes, ces applications ne nécessitent pas de résistance à la traction. La résistance à la traction de l'ABS est arrivée à 4700 psi (32,4 MPa).

Polycarbonate

Dans le test de crochet de base, le filament de polycarbonate a été imprimé à des températures élevées où la température du lit ne doit pas être inférieure à 145 °C et la température de l'extrudeuse pas inférieure à 290 °C.

Il est important de garder à l'esprit que les imprimantes amateurs normales ne peuvent pas atteindre ces températures souhaitées. 685 livres ont été suspendus au crochet, qui mesurait 9 800 psi (67,6 MPa), faisant du polycarbonate le vainqueur incontesté de la résistance à la traction.

Nylon

Le nylon n'est pas un filament uniforme et, par conséquent, différents types de filaments de nylon ont une résistance à la traction variable, mais la résistance estimée est fixée à 7000 psi (48,3 MPa), ce qui est nettement meilleur que l'ABS mais inférieur au PLA. Dans le test de crochet, le nylon 910 a été utilisé et imprimé à 250°C avec une température de lit comprise entre 70 et 100°C. Le nylon a commencé à se plier, et ce n'est qu'après des centaines de livres qu'il a cédé à 485 livres.

Essentiellement, comme le PETG, le nylon se pliera plus que le PLA.

Résine

Bien que les tests de résistance à la traction n'aient pas été effectués par les mêmes personnes que les tests précédents, les mêmes conditions ont été recréées, ce qui signifie que les résultats sont non seulement valides mais également comparables.

La résine est communément connue comme un matériau très faible lorsqu'il s'agit de résistance à la traction, et les résultats sont en quelque sorte en accord avec cette notion. La résine ordinaire ne mesurait que 23,4 MPa, une valeur bien inférieure à tous les filaments mesurés.

Malgré les mauvais résultats de la résine ordinaire, je dois mentionner qu'il y a eu des progrès incroyables dans l'impression SLA, et la résistance à la traction est certainement une dimension qui a reçu beaucoup d'attention.

Tous les principaux fabricants de résine proposent également leurs résines "dures", et ce n'est pas seulement une tactique de marketing :prenez par exemple la résine dure d'eSun avec une résistance à la traction de 55 MPa.

Cela montre que les fabricants déploient de grands efforts pour satisfaire les exigences que l'industrie de l'impression 3D exige de plus en plus.

Différence entre la résine ordinaire et la résine dure

Les types de résine ordinaires sont considérés comme trop faibles pour supporter le stress et ne sont pas recommandés pour une utilisation en extérieur en raison du processus de durcissement continu des rayons UV du soleil. Cependant, il existe sur le marché des résines qui ont été formulées pour être très résistantes.

Une technologie rapide est introduite dans le développement de la résine et différentes applications sont découvertes en permanence. Les résines coulables sont utilisées dans la fabrication de bijoux et sont largement utilisées en dentisterie.

La principale différence entre la résine ordinaire et la résine dure est la résistance à la traction, une résine dure ayant environ le double de la résistance à la traction de la résine ordinaire.

La résine UV colorée d'Anycubic a été sélectionnée comme résine ordinaire qui a été testée contre certaines résines résistantes, à savoir Tough 2000 de Formlab, Hard-Tough d'eSun et Blu de Siraya Tech. Les résultats n'étaient pas du tout surprenants car la résine standard mesurait 23,4 MPa tandis que les résines résistantes mesuraient 46 MPa pour Foamlab, 55 MPa pour eSun et 44 MPa pour Siraya Tech.

Comme vous pouvez le voir dans les résultats des tests, les résines résistantes sont vraiment beaucoup plus résistantes que la résine ordinaire, mais les résultats des tests ne se traduiront pas automatiquement dans vos projets. La raison principale est la conception structurelle et l'application. Ainsi, bien que les résines résistantes soient plus résistantes, elles ne refléteront pas nécessairement ces résultats de test.

Comparaison de la résistance aux chocs de la résine et du filament

Résistance aux chocs pour différents matériaux et orientations (joules/mètre)

	Plat	Horizontale	Vertical
Polycarbonate	354	515	42
Nylon	325	249	60
Résine Prusa Tough	280	280	280
GPE	239	178	35
PLA	153	113	77
ABS	129	149	55

La résistance aux chocs est différente de la résistance à la traction en ce sens qu'elle mesure l'impact qu'un modèle standard peut supporter et la quantité d'énergie d'impact absorbée par la force. La méthode utilisée pour réaliser le test est le test de résistance aux chocs IZOD. Les tests ont été effectués en utilisant trois orientations différentes, des échantillons de test orientés plats, verticaux et horizontaux.

PLA

• Plat :152,52 j/m
• Horizontale ; 113,21 j/m
• Vertical :77,42 j/m

GPE

• Plat :238,98 j/m
• Horizontale ; 178,09 j/m
• Vertical :35,45 j/m

ABS

• Plat :128,69 j/m
• Horizontale ; 149,14 j/m
• Vertical :55,14 j/m

Polycarbonate

• Plat :354,15 j/m
• Horizontale ; 514,90 j/m
• Vertical :42,03 j/m

Nylon

• Plat :324,90 j/m
• Horizontale ; 248,86 j/m
• Vertical :59,61 j/m

Comme vous le voyez sur les résultats, il existe des nombres mixtes parmi les types de filaments ainsi que l'orientation de l'échantillon de test. Le PLA a obtenu le score le plus élevé au test vertical avec 77,42 j/m, le PETG ayant obtenu le score le plus bas à 35,45 j/m. Les échantillons de test de polycarbonate et de nylon sont assez égaux, mais le polycarbonate a obtenu un score de 514,90 j/m au test horizontal, tandis que le nylon a atteint un score de 248,86 j/m.

Différence entre la résine ordinaire et la résine dure

La résistance aux chocs de la résine ordinaire par rapport à la résine dure a été déterminée à l'aide du test de résistance aux chocs IZOD avec notation Filaween. Dans le test de Tom, il a utilisé de la résine rouge transparente de type ABS Elegoo et la résine "Tough" marron Prusa, et les résultats parlent d'eux-mêmes.

Étant un matériau isotrope, les échantillons de test de résine n'avaient besoin que d'un échantillon chacun. Le résultat de la résine Prusa Tough était de 280 mJ. Cette résine est comparable aux résultats du PLA.

Quel est le filament le plus résistant ?

Je pense que c'est une conclusion assez courante parmi les fabricants, les examinateurs et les utilisateurs finaux que le polycarbonate est considéré comme le type de filament le plus résistant.

Lorsqu'il est imprimé correctement et aux bonnes températures, le polycarbonate (ou PC) peut produire des composants extrêmement solides et durables; cependant, l'impression avec un PC peut être problématique car elle ne fonctionne pas bien avec les surplombs et les détails fins. Le PC a une résistance thermique élevée et est également assez résistant aux chocs, comme le montrent les résultats des tests ci-dessus.

Le nylon est également très bien noté et se compare favorablement au PC. Le filament de nylon 910 testé par Airwolf a montré une grande résistance à 7000 psi, et un clip imprimé pouvait supporter 485 lb. MatterHackers a fait des tests similaires mais a utilisé son propre filament de nylon appelé filament Nylon X. Ils ont imprimé un crochet et pouvaient supporter 364 livres avant qu'il ne se brise. Le nylon a reçu d'excellentes critiques, de nombreux critiques l'évaluant beaucoup plus que le PLA pour sa résistance et sa durabilité.

Parce que le nylon est hygroscopique, c'est-à-dire qu'il a tendance à absorber l'humidité, il pose des difficultés d'impression. Il doit être 100 % sec; sinon, des erreurs d'impression se produiront. Un autre point sensible est la température d'impression qui doit être comprise entre 220 et 270°C et qui a tendance à se déformer. Le bon côté du nylon est qu'il résiste aux chocs, à la fatigue, à la chaleur, et la cerise sur le gâteau est qu'il est plus facile à imprimer que le PC.

Voici quelques filaments de nylon et de polycarbonate recommandés :

Comment rendre une pièce FDM plus solide ?

Une impression FDM forte est une impression souhaitable. Il existe plusieurs façons d'augmenter la résistance de vos impressions, notamment en utilisant un remplissage rectiligne, en réduisant le refroidissement, en augmentant la largeur d'extrusion, en augmentant le nombre de périmètres et en utilisant des couches plus fines. Ces pointeurs qui vous aideront à augmenter la résistance de vos impressions FDM ont été essayés et testés par de nombreux spécialistes et passionnés de la 3D.

Utilisez le motif de remplissage rectiligne ou en nid d'abeille

Les motifs de remplissage sont un avantage indéniable pour renforcer les impressions, mais malheureusement, il n'y a pas de taille unique. La structure en nid d'abeille est réputée pour sa résistance et est même utilisée dans les pneus de voiture à plat. D'un point de vue technique, le motif rectiligne est le motif le plus fort, mais uniquement lorsque la direction de la force est prise en compte, car elle sera faible dans la direction opposée.

L'utilisation d'un motif de remplissage rectiligne permet d'économiser du plastique et d'imprimer plus rapidement. Il imprime jusqu'à 30 % plus rapidement que le motif en nid d'abeille. Là où le motif rectiligne est le plus fort dans une direction, le nid d'abeilles est également fort dans toutes les directions, ce qui en fait un motif fiable à utiliser.

Recuire vos impressions 3D

Le recuit est un processus courant dans la création de pièces en métal ou en plastique injecté. En termes simples, il s'agit d'un processus d'augmentation de la température pour améliorer la fermeté, la résistance à la traction et la résistance à la chaleur. Bien qu'il ne soit pas si populaire dans le monde de l'impression 3D, le processus est toujours applicable mais nécessitera un certain degré d'expérimentation pour obtenir la température optimale.

Chez vous, vous pouvez placer vos tirages au four, mais vous devrez surveiller de près la température et vous assurer qu'il y a une répartition homogène de la chaleur autour du tirage.

Le recuit chauffe essentiellement le plastique à sa température de transition vitreuse car, à ce stade, l'objet conservera toujours sa forme, mais les molécules seront réarrangées dans un état plus fluide, réduisant ainsi la tension interne et renforçant la structure dans le processus.

Les polymères ont de longues chaînes moléculaires répétitives composées de structures moléculaires amorphes et semi-cristallines. Ces structures moléculaires constituent le polymère et sont réparties de manière aléatoire sans lignes de division définitives. Les structures cristallines sont dures et rigides, tandis que les structures amorphes sont plus élastiques et flexibles.

Lorsque le filament est chauffé dans la buse, il sera probablement amorphe et conservera cette structure tout au long du processus de refroidissement rapide. Ce que le recuit permet de changer les caractéristiques du plastique amorphe en plastique cristallin.

Les filaments PLA et PETG ont montré des résultats prometteurs lorsqu'ils sont recuits, tandis que l'ASA et l'ABS n'ont montré aucun changement réel autre que le gauchissement pendant le processus. Le filament PLA a montré une grande amélioration de la résistance à la traction tandis que le PETG a marqué de gros points pour la durabilité aux chocs.

L'essentiel est que le recuit est un outil efficace mais peut entraîner des complications lors de l'utilisation de la technique avec des impressions détaillées.

Considérations supplémentaires

Vous devriez envisager l'application d'une impression pour déterminer ses forces et ses faiblesses. Outre le bon filament ou la bonne résine, plusieurs autres considérations auront un impact sur l'utilité de votre impression.

Anisotrope vs Isotrope

Anisotrope arrive essentiellement à des valeurs différentes lorsque les propriétés d'un matériau sont mesurées dans différentes directions, ce qui est le cas avec les remplissages rectilignes. D'autre part, isotrope signifie des valeurs cohérentes quelle que soit la direction de la mesure, et dans ce cas, nous pouvons utiliser la structure en nid d'abeille comme un bon exemple.

With FDM 3D printing, the print or build direction will contribute to anisotropic results. This becomes more obvious with lower adhesion between layers in the Z-axis, which causes a lower pull strength compared to the X and Y-axis. So, if anisotropy is not considered, then the printed product will not last when pressure is applied to its weakness.

With SLA printing, there is no need to worry about structural weaknesses from certain directions because the resin is isotropic, meaning that the object has the same strength from all directions. For added strength resin model should not be hollow to save on resin.

Slicer Settings

A strong print begins with a good design that focuses on structural integrity by allocating more material to areas with concentrated stress. Topology optimization allows the process to be automated and is frequently used in creating functional designs.

The fabrication process also has a strong influence on the strength of the final product, and this is determined by the printing setting during slicing. For example, the layer height being higher will account for greater print strength, both in FDM and SLA prints. The infill structure and settings also contribute to the print strength, as do the speed, thickness of the extrusion, and optimum temperatures.

With SLA resin, printers usually print with 100% infill, but some slicers allow you to drain excess resin from interior pockets as a resin-saving option; however, in order not to compromise the integrity of the print, the design should not be hollow.

How the objects are printed

Layer thickness and adhesion play a dominant role in the overall strength of a printed object. In a test conducted to point out the effects of layer thickness and print orientation, several hooks were printed with different layer thickness as well as being printed vertically and laying down.

The results of the test were unanimously in favor of the hooks printed laying down, which indicates that structural integrity is influenced if the print layers are in the same line as the force applied to the object.

A 0.4mm nozzle was used for the printing, and the hooks were printed from 0.05 to 0.4mm. In both print orientations, the hooks that were printed with between 0.1mm and 0.2mm performed the best, whereas the 0.3mm and 0,4mm hooks performed the worst.

From this test, we can conclude that the layer thickness should not exceed half the diameter of the nozzle being if part strength is relevant for our application. For details on the test, check out the video from CNCKitchen

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