Les filaments PAEK en impression 3D

Dans le monde de l'impression 3D FDM/FFF est depuis quelques années une famille de matériaux qui se démarque clairement avant tout, la famille PAEK (polyaryléthercétone ou polyaryl éther cétone). Les matériaux qui appartiennent à cette classe sont des plastiques semi-cristallins, qui résistent à des températures élevées (près de 200 ºC) en maintenant des valeurs élevées de résistance mécanique.

Au sein de la famille PAEK, il existe le PEEK, le PEKK et le PEI (ULTEM 1010 et ULTEM 9085). Tous ces éléments ont une résistance mécanique élevée, une résistance chimique et une température d'inflammabilité élevée.

Filament PEEK (PolyEtherEtherKetone)

Le PEEK (PolyEtherEtherKetone) est le plus cristallin des trois matériaux. Cela indique qu'il a les valeurs de résistance mécanique les plus élevées de tous (sans tenir compte des alliages avec fibre de carbone). Mais cela pose un problème, car les molécules suivent un schéma d'ordonnancement répétitif dans les trois dimensions de l'espace à l'état solide, c'est plus instable au moment de la fusion. Cela implique une grande difficulté d'utilisation du filament PEEK dans l'impression 3D, même pour les utilisateurs experts avec des imprimantes 3D avancées.

Filament PEKK (PolyEtherKetoneKetone)

Le PEKK (PolyEtherKetoneKetone) a une structure semi-cristalline (moins cristalline que le PEEK). Ce type de structure apparaît lorsqu'un matériau possède deux régions bien définies, une amorphe et une cristalline. Cette condition structurelle offre une augmentation de la facilité d'impression (taux de cristallisation plus faible) en maintenant des valeurs de résistance similaires et même supérieures à celles du PEEK.

Le PEKK se démarque du PEEK par sa résistance à la compression, jusqu'à 80 % supérieure. De plus, ce type de filament a une résistance chimique à une grande quantité de fluides :hydrocarbures halogénés (benzène), fluides automobiles (liquide de refroidissement), alcool et solutions aqueuses (eau de mer).

Applications du PEKK

L'utilisation du PEKK est très répandue, de la médecine aux applications militaires. Son potentiel est tel que même la NASA utilise ce matériau dans les impressions 3D qu'elle réalise dans l'espace. En médecine, certains centres de développement ont créé des genoux, des hanches et d'autres types d'implants fonctionnels avec un succès retentissant chez leurs patients. La réunion de tous ses avantages a permis le développement de casques militaires légers, résistants et antireflet pour éviter d'être découvert par la lumière émise par une lanterne ennemie. Enfin, les grandes entreprises aéronautiques utilisent le PEKK pour fabriquer des pièces fonctionnelles pour leurs avions.

Filament PEI (ULTEM 1010 et ULTEM 9085)

Le PEI (ULTEM 1010 et ULTEM 9085) est le matériau le plus modifié au sein de la famille PAEK, venant même à avoir la désignation de résine par les experts dans le domaine. La résistance thermique de ce matériau est l'une des plus élevées dans le domaine de l'impression 3D FDM/FFF, ayant une température de transition vitreuse de 215 ºC et une température de travail constante maximale avec une pression de 0,45 MPa de 200 ºC

L'avantage du PEI est qu'à ces températures les propriétés mécaniques ne changent guère. En effet, sa grande stabilité dimensionnelle maintient la forme structurelle même en augmentant la température, ce qui est impensable avec la majorité des matériaux existants en impression 3D FDM/FFF.

Applications du PEI

L'ULTEM 1010 est couramment utilisé pour fabriquer des outils de moulage par injection à cycle court, des outils de stratification en fibre de carbone et d'autres types de moules soumis à des valeurs de pression et de température élevées (autoclave). Dans ce type de moules à haute résistance se trouvent ceux utilisés pour le processus de vulcanisation des plastiques, tels que le caoutchouc. Grâce au PEI ULTEM 1010, les moules peuvent être fabriqués plus rapidement, plus facilement et à moindre coût que les moules en acier actuels. D'autre part, l'ULTEM 9085 est le matériel révélation de l'industrie aéronautique. Sa résistance thermique, sa résistance chimique, sa résistance à la rupture et ses hautes performances permettent à ce matériau de répondre aux critères de test et de traçabilité les plus stricts exigés par l'industrie aérospatiale et les agences de réglementation des certificats.

Filament PEKK Filament CF PEKK Filamento PEI Filament PEI CF

Innovation continue dans l'amélioration des matériaux

De grands fabricants de filaments tels que le français Nanovia ont révolutionné le marché en améliorant à la fois le PEKK et le PEI (ULTEM 1010) avec de la fibre de carbone. La fibre de carbone est un matériau pseudo-amorphe qui offre à ces matériaux un point de fusion plus bas, une cristallisation plus lente et maintient la température de cristallisation élevée (Tg=160 ºC), cela se traduit par une augmentation de la facilité d'impression. En outre, cette union améliore également la stabilité structurelle, améliorant les propriétés mécaniques. Pour tout ce qui précède, le PEKK CF et le PEI CF ont gagné une place dans la catégorie des matériaux les plus puissants et les plus faciles à utiliser dans l'impression 3D FDM/FFF. De plus, ces deux matériaux concurrencent de manière générale les thermoplastiques les plus utilisés dans l'industrie mécanique (polysulfones, polysulfures de phénylène et polycétones).

Image 2 :FC de l'Î.-P.-É. Source :Nanovia

Exigences pour l'utilisation des matériaux PAEK

Enfin, nous devons mentionner que l'utilisation de ces matériaux avancés est réservée aux utilisateurs expérimentés avec des imprimantes 3D de technologie avancée. Les exigences minimales qu'une imprimante 3D FDM/FFF doit avoir pour utiliser ces matériaux sont :température de l'extrudeuse 370-400 ºC, température de base supérieure à 150 ºC, température de la chambre supérieure à 80 ºC. Ces valeurs sont nécessaires en raison de la sensibilité de la déformation structurelle au contact des zones d'air à différentes températures de ces matériaux.

La conclusion finale est que tous les matériaux appartenant à la famille PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) sont au sommet de l'utilisation industrielle grâce à leur température d'inflammabilité élevée, leur résistance chimique, leur résistance mécanique et sa bonne résistance. /rapport de poids.