Matériaux biodégradables écologiques pour l'impression 3D : solutions durables

L'impression 3D a ouvert un monde de possibilités de fabrication. Ce procédé de fabrication additive permet de fabriquer des pièces simples et hautement complexes rapidement et à faible coût. Il existe divers types de technologies d'impression 3D utilisées aujourd'hui. Cependant, beaucoup d'entre elles suivent le même principe de fonctionnement global : un matériau est chauffé à un état semi-fondu et déposé couche par couche par l'imprimante 3D, en utilisant les informations fournies par un modèle CAO, jusqu'à la formation de la pièce. Le processus d'impression 3D nécessite des matériaux capables de subir fusion, remodelage et resolidification, ou durcissement sans changements significatifs de leurs propriétés.

De ce fait, les thermoplastiques, qui possèdent les caractéristiques requises, sont les matériaux les plus couramment utilisés en impression 3D. Cependant, les plastiques ne sont pas biodégradables. Ils présentent des risques pour l'environnement s'ils ne sont pas correctement éliminés. Pour cette raison, d'immenses efforts sont déployés pour développer des matériaux biodégradables (respectueux de l'environnement) compatibles avec l'impression 3D et pouvant être utilisés pour créer des pièces entièrement fonctionnelles.

Dans cet article, Xometry passe en revue les matériaux d'impression 3D biodégradables déjà disponibles sur le marché, comme le PLA, et ceux qui sont encore en développement pour une impression 3D efficace.

PLA

Le PLA (acide polylactique) est le plastique biodégradable le plus populaire et accessible utilisé en impression 3D.

Ce polyester est créé à partir d'acide lactique, obtenu par fermentation de sources de glucides telles que la canne à sucre et l'amidon, dans des conditions contrôlées. Le PLA est produit à partir de l'acide lactique soit par condensation directe des monomères lactiques, soit par polymérisation du lactide, un dérivé de l'acide lactique.

Le PLA est principalement utilisé en combinaison avec l'impression 3D FDM. C'est un thermoplastique qui peut être fondu et remodelé sans perdre ses propriétés. Il possède également de bonnes propriétés mécaniques comparables au polypropylène et au polyuréthane. Ses propriétés thermiques sont satisfaisantes mais pas excellentes comparées à l'ABS.

Parmi les avantages du PLA, outre sa biodégradabilité :

• Il est produit à partir de sources naturelles et renouvelables
• Il est certifié sûr pour l'emballage alimentaire
• Il n'est pas toxique et peut être utilisé pour des applications médicales

Quelques inconvénients, en revanche :

• Il n'est biodégradable que dans des environnements de compostage spécifiques et contrôlés
• Il y a une certaine controverse autour du fait que de grandes quantités de denrées alimentaires, comme le maïs, sont utilisées dans la production de bioplastiques.
• Il est légèrement déficient en résistance et en cristallinité par rapport aux plastiques couramment utilisés à base de pétrole.

Le PLA est largement utilisé dans la coutellerie, l'emballage alimentaire, la santé, les textiles et les cosmétiques. C'est l'un des filaments d'impression 3D les plus ubiquistes.

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PHA

Le PHA (polyhydroxyalcanoates) est un bioplastique produit par culture de bactéries spécifiques. Le matériau est synthétisé dans les cellules des bactéries et extrait sous forme de granules hautement réfléchissants.

Le PHA est beaucoup moins populaire en impression 3D que le PLA et est encore en développement. Actuellement, il est pratiquement indisponible sur le marché et est donc plus cher. Du côté positif, il se biodégrade beaucoup plus rapidement, en seulement un à trois mois. Les propriétés des polymères PHA varient légèrement selon leur composition chimique. Ils sont thermoplastiques, élastiques et ont une bonne résistance à l'humidité.

Parmi les avantages du PHA :

• Il est biodégradable, se dégradant en moins de trois mois
• Il possède des propriétés plastiques souhaitables
• Il est produit naturellement par des bactéries
• Il est résistant aux UV

Quelques-unes de ses limitations :

• Il est coûteux à produire
• Il est moins accessible aux consommateurs

Comparé à d'autres bioplastiques, le PHA a moins de flexibilité, moins de résistance et des propriétés thermiques inférieures.

Le PHA fait encore l'objet de nombreuses recherches pour son utilisation en impression 3D. La majorité de l'utilisation actuelle de ce matériau consiste à créer des composites avec d'autres plastiques.

FLAM

Le matériau additif de type fongique (FLAM) est un autre matériau naturel qui pourrait potentiellement révolutionner l'impression 3D. Le FLAM est composé de cellulose et de chitine, deux des polymères les plus abondants sur terre. Ce matériau hautement polyvalent peut être adapté au travail du bois, au moulage, à la fonderie et à l'impression 3D. Ses caractéristiques mécaniques sont quasi identiques à celles de la mousse de polyuréthane. Le FLAM est un matériau très nouveau qui n'est pas facilement disponible sur le marché et qui nécessite encore des recherches. Cependant, il montre déjà beaucoup de potentiel, comme on peut le voir dans cette étude.

Parmi les avantages du FLAM :

• Il est fabriqué à partir de sources naturelles durables et abondamment disponibles
• Il est très polyvalent et peut être adapté à différents procédés de fabrication
• Il est très abordable, coûtant dix fois moins que l'ABS ou le PLA

Les limitations du FLAM incluent :

• C'est un matériau relativement nouveau qui nécessite encore beaucoup de recherches
• Le processus d'impression 3D du FLAM est compliqué

Matériaux composites

En raison des limitations inhérentes à de nombreux matériaux biodégradables, des composites, qui sont une combinaison de deux ou plusieurs matériaux pour former un nouveau matériau, sont développés et utilisés. Ces composites combinent les avantages des matériaux parents, annulant souvent ou réduisant significativement leurs limitations. Quelques composites biodégradables disponibles pour l'impression 3D incluent :

• PLA à base d'algues
• PLA + PHA
• WoodFill (70 % PLA et 30 % fibres de bois)

Mais ils ne sont encore pas largement utilisés.

Filaments recyclés

Bien qu'ils ne soient pas biodégradables, les filaments fabriqués à partir de plastique recyclé sont écologiquement responsables, car ils sont faits de plastique qui aurait autrement fini dans les décharges. La majorité des plastiques populaires utilisés en impression 3D sont recyclables.

Conclusion

Alors que le monde est plus que jamais conscient des dangers de la pollution plastique, différentes mesures sont prises pour réduire l'utilisation des plastiques. L'une de ces mesures est le développement de matériaux biodégradables pouvant être imprimés en 3D afin de exploiter la puissance de ce remarquable procédé de fabrication tout en protégeant l'environnement.

À l'heure actuelle, cependant, le seul matériau d'impression 3D biodégradable largement disponible est le PLA. Téléchargez vos modèles sur notre plateforme de devis instantané pour obtenir un devis pour vos pièces en PLA chez Xometry.