Quels matériaux sont utilisés dans l'impression 3D ?

Avec les inventions technologiques constantes, de plus en plus de matériaux sont utilisés pour l'impression 3D. Le marché de l'impression 3D n'est plus limité aux polymères car il existe différents matériaux à exploiter.

Les plastiques, les métaux et la céramique peuvent produire une gamme variée de produits adaptés à différentes applications. Saviez-vous que même l'huile de soja, le chocolat et le papier humide peuvent également créer des impressions 3D ? Lisez la suite pour découvrir comment choisir ces matériaux et ceux que vous ne pouvez pas utiliser.

Quels sont les matériaux utilisés dans l'impression 3D ?

Voyons les caractéristiques cruciales et les inconvénients des différents matériaux utilisés dans l'impression 3D.

Nylon

Le nylon est un polyamide thermoplastique synthétique et est la substance plastique la plus populaire utilisée pour l'impression 3D. Ce qui en fait un choix idéal pour les impressions 3D est sa flexibilité, sa faible friction et sa durabilité. Ce matériau est également un choix courant pour les textiles et la fabrication d'accessoires.

Le filament de nylon (voir sur Amazon) est une option idéale pour les géométries compliquées ou délicates. Il est principalement utilisé comme matériau de filament dans les imprimantes 3D Fused Filament Fabrication ou Fused Deposition Modeling. C'est peu coûteux et l'un des matériaux plastiques les plus solides.

Avantages

• C'est un matériau durable.
• Il a un bon rapport résistance/flexibilité.
• Il a une déformation minimale.
• Il est facile à teindre ou à colorer.

Inconvénients

• Il est hygroscopique et doit donc être maintenu au sec.
• Il a une durée de conservation d'un an.
• Il peut rétrécir pendant le refroidissement, ce qui rend les impressions moins précises.
• Il n'est pas compatible avec toutes les imprimantes.

Plastique ABS

Ce matériau de filament thermoplastique est un excellent choix pour une utilisation en tant que filament d'imprimante 3D. L'ABS est également l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D domestique et personnelle.

L'ABS est une bonne option pour les ingénieurs et les fabricants qui ont besoin de produits prototypes de haute qualité.

Avantages

• L'ABS est facile d'accès.
• Il a un prix abordable (voir sur Amazon).
• Il est disponible en plusieurs couleurs.
• Il est plus résistant que le nylon.

Inconvénients

• Il a besoin d'un plateau chauffant pendant l'impression.
• Il est susceptible de se déformer s'il est refroidi pendant l'impression en raison de son point de fusion élevé.
• Il n'est pas biodégradable.
• Il émet des fumées toxiques et nauséabondes à haute température.

Polystyrène à fort impact (HIPS)

Ce matériau est utilisé dans les imprimantes FDM comme structure de support. Sa facilité d'utilisation peut être assimilée à l'ABS. Cependant, les deux diffèrent dans leur capacité à se dissoudre. Par exemple, HIPS est complètement soluble dans le limonène.

Avantages

• C'est facile à couper.
• Il peut faire des modèles compliqués et comme matériel de support.
• C'est léger et lisse.
• Il est résistant aux chocs et à l'eau.
• C'est abordable (voir prix sur Amazon).

Inconvénients

• Cela peut obstruer le tube d'alimentation et les buses de votre imprimante sans flux de chaleur approprié.
• Il produit des fumées à l'odeur désagréable.

Résine

Voici un autre choix courant pour l'impression 3D. Les matériaux en résine sont généralement utilisés dans les technologies DLP, SLA, CLIP et Multijet. Plusieurs types sont compatibles avec l'impression 3D, notamment la résine résistante, la résine coulable, la résine flexible, etc.

Avantages

• La résine est utilisable dans de nombreuses applications.
• La résine a un faible retrait.
• Il est hautement résistant aux produits chimiques.

Inconvénients

• La résine est assez chère (voir prix sur Amazon).
• La résine expire.
• Photo-réactivité élevée, donc besoin d'un stockage approprié.
• Peut polymériser prématurément en cas d'exposition à la chaleur.

Acide polylactique (PLA)

Le PLA provient de ressources renouvelables comme la fécule de maïs et la canne à sucre. C'est un choix typique dans les établissements d'enseignement en raison de sa facilité d'impression et de sa sécurité. De plus, le PLA est applicable dans l'impression de bureau FDM.

Avantages

• Faible déformation, donc impression sans effort.
• Le PLA est imprimable sur une surface froide.
• Le PLA convient à l'impression de détails et d'angles plus nets que l'ABS.
• PLA est disponible en plusieurs couleurs (voir sur Amazon).

Inconvénients

• Le PLA n'est pas très solide.
• Peut se déformer en cas d'exposition à une chaleur extrême.

Or et argent

Ces filaments métalliques sont traités sous forme de poudre et sont parmi les plus robustes pour une utilisation en impression 3D. Ils sont principalement utilisés pour fabriquer des bijoux. Les procédés d'impression utilisés avec ces filaments métalliques comprennent le frittage laser direct du métal et la fusion laser sélective.

Avantages

• Haute conductivité électrique.
• Résistant à la chaleur et durable.

Inconvénients

• Très cher.
• Cela prend du temps et est fastidieux à perfectionner.
• Réflectivité et conductivité thermique élevées, ce qui les rend difficiles à utiliser.
• Nécessite une température extrêmement élevée et ne convient donc pas à l'impression dans les imprimantes 3D FDM typiques.

Acier inoxydable

La fusion et le frittage laser (voir imprimante 3D) sont les méthodes utilisées lors de l'impression avec de l'acier inoxydable. Ce matériau fonctionne avec deux types de technologies :DMLS et SLM. Étant donné que l'acier inoxydable est bon pour la construction de matériaux robustes et le travail détaillé, il est idéal pour des choses comme les porte-clés, les boulons et les miniatures, entre autres.

Avantages

• Il peut être traité thermiquement pour améliorer la dureté et la résistance.
• Il est idéal pour les applications à haute résistance.
• Il est hautement résistant à la corrosion.
• Il a une ductilité élevée.

Inconvénients

• L'impression prend du temps.
• Ce n'est pas économique.
• Taille d'impression limitée.

Titane

C'est le matériau d'impression 3D le plus léger et le plus résistant et il a une rugosité de surface modérée. Le titane est imprimé par frittage laser direct de métal. La principale application des filaments de titane est dans les domaines de haute technologie comme la médecine, l'exploration spatiale et l'industrie aérospatiale.

Avantages

• Il offre plus de résolution et de complexité dans la conception.
• Il convient aux applications de haute précision.
• Il est résistant à la corrosion et biocompatible.

Con

• C'est assez cher.

Céramique

La céramique peut résister à des pressions et des températures extrêmes sans se déformer ni se casser. Il est moins susceptible de se corroder et ne s'use pas facilement. Par conséquent, il est plus durable que les métaux et les plastiques.

La céramique est généralement utilisée avec la technologie Binder Jetting, la stéréolithographie et le DLP (Digital Light Processing).

Avantages

• Ils conviennent aux travaux de haute précision.
• Ils offrent des finitions lisses et brillantes.
• Ils sont très résistants à la chaleur, à l'acide et à la lessive.
• Ils sont disponibles en plusieurs couleurs.

Inconvénients

• La céramique nécessite des températures très élevées pour fondre.
• Ils ne sont pas idéaux pour les processus d'émaillage et de cuisson.
• Ils sont fragiles et ne conviennent donc pas aux composants emboîtables et fermés.
• Pas excellent pour les procédures d'assemblage de pièces.

Polyéthylène téréphtalate (PET/PETG)

Le PET est un autre matériau plastique fréquemment utilisé pour les impressions 3D utilisées dans les procédés de thermoformage. Il peut également créer des résines techniques lorsqu'il est combiné avec d'autres substances comme la fibre de verre.

Dans l'impression 3D, le PETG est plus courant que le PET car le premier contient du glycol modifié. En conséquence, il est plus clair, moins cassant et moins pénible à utiliser que le PET. Le filament (voir sur Amazon) fonctionne avec les technologies FFF et FDM.

Avantages

• Le matériau est durable.
• Il est recyclable et résistant aux chocs.
• Il est stérilisable.
• Il possède d'excellentes propriétés d'adhérence.
• Très résistant à la température et robuste.
• C'est facile à imprimer.

Inconvénients

• Se dégrade sous la lumière UV.
• La surface a tendance à se rayer.
• Cela nécessite des tests supplémentaires avec des paramètres d'impression 3D.

Quel est le matériau d'impression 3D le plus courant ?

De tous les matériaux d'impression 3D utilisés, le plastique est le plus populaire . Il est apprécié pour de nombreuses applications différentes, y compris la fabrication d'appareils ménagers, de jouets imprimés en 3D, d'ustensiles de bureau, de figurines d'action et de vases.

Le plastique est disponible dans des teintes transparentes et vibrantes, le vert citron et le rouge étant les plus courants. Ces filaments sont conditionnés en bobines et peuvent avoir des finitions mates ou brillantes.

Compte tenu de sa fermeté, de sa douceur, de sa souplesse et de ses couleurs brillantes, sa popularité est facile à comprendre. Sans oublier qu'il s'agit d'une option relativement abordable par rapport aux autres matériaux d'impression 3D.

Les produits de consommation en plastique utilisent généralement des imprimantes FDM. Le processus implique la fusion et le moulage de filaments thermoplastiques en différentes formes séquentiellement. Les types de plastiques les plus courants pour l'impression 3D incluent :

• PLA , qui est l'un des matériaux les plus écologiques utilisés dans les imprimantes 3D. Il est disponible sous des formes dures et molles. Les plastiques fabriqués à partir d'acide polylactique seront probablement les plus appréciés pour l'impression 3D dans les années à venir.
• Filaments ABS est disponible en différentes couleurs et est populaire dans les autocollants et la fabrication de jouets. Il est également utilisé pour les vases et les bijoux.
• Plastique d'alcool polyvinylique : c'est un choix typique pour les imprimantes domestiques abordables. Bien qu'il ne soit pas idéal pour les produits nécessitant une résistance élevée, c'est un bon choix pour les produits à usage temporaire.
• Polycarbonate : c'est le plastique le moins utilisé en impression 3D. Cela ne fonctionne que dans les imprimantes 3D fonctionnant à haute température et avec des buses. Il est utilisé dans la fabrication de plateaux de moulage et de fixations en plastique abordables, entre autres.

Les articles en plastique fabriqués dans les imprimantes 3D se présentent sous différentes formes et consistances, allant de plats et ronds à rainurés et maillés.

Quels matériaux ne peuvent pas être imprimés en 3D ?

Vous ne pouvez pas imprimer des matériaux incapables de fondre dans un état semi-liquide capable d'être extrudé. Prenez par exemple le fonctionnement des imprimantes 3D FDM. Ces imprimantes font fondre des substances thermoplastiques à partir d'une bobine, avec une tolérance serrée de ± 0,05 ou moins.

Les matériaux qui brûlent à des températures élevées au lieu de fondre sont difficiles à extruder à travers la buse.

Nous pouvons utiliser le frittage laser sélectif pour lier les métaux en poudre en modèles solides.

À condition que vous puissiez respecter les tolérances et l'état semi-liquide, il devrait être possible d'imprimer cette substance. Voici quelques matériaux que vous ne pouvez pas utiliser pour l'impression 3D :

• Bois brut ou produits en bois (cependant, vous pouvez combiner des grains de bois avec du PLA et les utiliser pour l'impression 3D).
• Tissus/Vêtements.
• Papier sec.
• Des roches et du sol :bien que vous puissiez faire fondre des roches volcaniques pour les amener à l'état fondu.
• Cuir et produits d'origine animale.

Choisir le bon matériau d'impression 3D

Lors de l'impression de modèles 3D, vous devez d'abord tenir compte de votre type de matériau. Nous avons déjà vu les avantages, les inconvénients et les applications des différents matériaux d'impression 3D ci-dessus.

Prenons un examen plus approfondi pour voir ce qu'il faut rechercher en eux.

• Résistance à la traction

Cela fait référence à la résistance de votre matériau à la rupture sous tension. Il indique non seulement la ductilité d'un matériau, mais peut également indiquer sa résistance. Certaines substances se cassent brusquement tandis que les plus ductiles, comme le métal et le plastique, subissent une déformation avant de casser.

Les composants mécaniques, structurels et statiques nécessitent des matériaux à haute résistance car les ruptures sont inacceptables. Des exemples de secteurs qui nécessitent des matériaux à haute résistance sont la construction, l'aviation et l'automobile. De nos jours, l'impression 3D fournit des modèles de résistance similaires, voire plus élevés, que les précédents plastiques moulés par injection comme l'ABS et le polypropylène.

• Module de Young

Cela dénote la résistance d'un matériau aux changements de longueur sous contrainte de traction. Les matériaux rigides ont un module de Young élevé et sont plus résistants aux changements. Lors de la sélection des matériaux pour les composants structurels et mécaniques, un module d'Young élevé est crucial.

• Élongation

L'allongement est l'étendue de l'étirement d'un matériau exactement au point de rupture. Les matériaux rigides, comme les plastiques durs et cassants, ont généralement un faible allongement, tandis que les matériaux souples et élastiques s'étirent plusieurs fois avant de se rompre.

L'allongement est nécessaire pour l'architecture et la construction, où les structures doivent se déformer sensiblement plutôt que de se casser soudainement.

• Résistance à la flexion

La résistance à la flexion est également la résistance à la rupture d'un matériau sous charge, comme la résistance à la traction. Cependant, les charges diffèrent avec la résistance à la flexion englobant la flexion. Par conséquent, cela se reflète sur la résistance à la traction et à la compression d'un matériau.

La plupart des plastiques ont des résistances à la traction et à la flexion étroitement alignées. Certains matériaux à structure homogène ont les mêmes résistances à la traction et à la flexion. Le SLA est homogène, ce qui est un avantage par rapport aux autres technologies d'impression 3D. En effet, les composants ont une résistance analogue quelle que soit l'orientation.

• Module de flexion

Il s'agit de la résistance d'un matériau à la flexion. Les matériaux rigides ont un module élevé, tandis que les matériaux élastiques ont un module faible. La flexion et le module de Young ont également une relation étroite.

Le module de flexion est essentiel lors de la construction de ressorts en acier, en particulier de ressorts à lames, et dans des pièces structurelles ou des poutres de support.

• Force d'impact

Les matériaux réagissent différemment à la charge statique et à l'impact soudain. La résistance aux chocs influence grandement la ténacité d'un matériau. Les matériaux fragiles ont une ténacité minimale en raison de la déformation limitée qu'ils peuvent supporter. La température a également un impact sur la ténacité, les faibles niveaux de chaleur réduisant la ténacité d'un matériau.

Ce facteur est crucial dans diverses applications, comme la fabrication de lunettes de sécurité et de boucliers.

• Absorption d'eau

Les matières plastiques absorbent une partie de l'eau dans des conditions humides ou si elles sont submergées. Bien que certains plastiques aient une hygrométrie plus élevée que d'autres, la différence minimale peut ne pas être pertinente dans les produits finis en plastique. Cependant, c'est une considération cruciale pour la résistance à la chaleur dans les pièces en plastique et le traitement des matières premières.

Lorsque les matières plastiques sont chauffées au-dessus d'environ 150°C, la présence d'humidité entraîne une hydrolyse. Cela provoque alors la fissuration des molécules à chaîne longue en chaîne courte, fragilisant ainsi le matériau. Si cela se produit avant l'impression 3D, cela affaiblit le matériau, ce qui entraîne des produits de mauvaise qualité. Par conséquent, vous devez stocker les matières premières ayant une capacité d'absorption d'eau élevée dans des conditions sèches.

Nouveaux matériaux d'impression 3D innovants

Les imprimantes 3D ne se spécialisent plus dans les plastiques. Certaines des dernières imprimantes 3D sont compatibles avec les matériaux recyclés.

Par exemple, un designer a développé une imprimante 3D capable d'utiliser des fibres de papier humides . Il est robuste, durable et offre une bonne solution aux matières plastiques. De plus, il fournit un système cyclique efficace car il peut recycler les produits finis une fois qu'ils sont vieux.

L'industrie alimentaire possède certaines des dernières innovations en matière d'impression 3D. La société Universal Favorite a développé un moule imprimé en 3D pour la création d'une ligne de chocolat unique.

Les nouveaux polymères pour l'impression 3D d'implants médicaux ont le vent en poupe. Par exemple, Evonik , une marque de produits chimiques spécialisés, a lancé un filament PEEK de qualité implant. Selon eux, ce nouveau matériau est le filament pionnier à base de PEEK utilisable en chirurgie maxillo-faciale et en orthopédie.

Conclusion

Le guide des matériaux d'impression 3D ci-dessus vous permettra de choisir facilement le bon matériau pour votre tâche. Avec la diversification de l'industrie de l'impression 3D et du monde, des filaments supplémentaires seront disponibles.

Choisir les bons matériaux est impératif pour une impression 3D efficace. Avec une bonne compréhension des différents matériaux disponibles pour l'impression 3D, les opérations peuvent devenir rapides et produire des produits de haute qualité.