L'humidité :le grand ennemi des filaments pour l'impression 3D

L'humidité est l'eau qui imprègne un corps ou la vapeur présente dans l'atmosphère . Pour tous les êtres vivants, l'eau est le plus nécessaire pour survivre, encore plus que la nourriture, mais pour les éléments non vivants, l'humidité est généralement une source de problèmes, car elle provoque l'oxydation et la dégradation de nombreux matériaux . Dans le cas de l'impression 3D, plus spécifiquement dans les filaments, la concentration d'humidité excessive peut causer une longue liste de problèmes, tous avec la même fin, une impression 3D échoué.

Les effets de l'attraction de l'eau peuvent entraîner les problèmes suivants :fragilité accrue, diamètre accru (problèmes possibles avec les imprimantes avec système d'extrusion de type Bowden), dégradation du filament, rupture du filament, etc. Il faut également tenir compte du fait que les filaments qui ont absorbé de l'eau auront une température plus élevée pour l'extrusion. N'oubliez pas d'éviter de placer les filaments dans l'imprimante si vous n'allez pas imprimer. Ils peuvent se coincer dans l'extrudeuse car en absorbant de l'eau, ils grossissent et augmentent de diamètre.

La carte suivante montre l'humidité relative annuelle moyenne (rapport en pourcentage entre la quantité réelle de vapeur d'eau contenue dans l'air et ce qu'elle devrait contenir pour saturer à la même température), une valeur qui est obtenue à partir de l'humidité moyenne enregistrée dans le douze mois de l'année. L'humidité relative est très différente selon la partie de la géographie européenne où vous vous trouvez, étant plus prononcée dans la partie nord du continent.

Image 1 : Carte de l'humidité relative en Europe. Source :NéoGAF

Les principales conséquences de l'humidité dans un filament sont :

• Dégradation du filament :  Les filaments hygroscopiques sont susceptibles d'absorber l'eau dans une large mesure, car les molécules d'eau sont attachées aux molécules de polymère, formant de fortes liaisons intermoléculaires. Ces liens peuvent provoquer des micro-ruptures internes qui affaiblissent la structure du filament elle-même.
• Blocage Extrudeur/HotEnd : L'humidité de l'eau concentrée dans le filament lorsqu'elle est chauffée dans le HotEnd s'évapore, provoquant des espaces à l'intérieur du filament, le transformant en une pâte qui obstrue le canon (Heat Break) ou la buse. Ce problème est très courant lors de l'utilisation de filaments en nylon avec des pourcentages d'humidité élevés (> 20 %).
• Impressions 3D de faible qualité (résistance et finition) :  L'union des résultats susmentionnés donne des impressions 3D avec de nombreux problèmes, à la fois mécaniquement et superficiellement. Les écarts entre les calques (pas toujours visibles à l'œil nu) causées par l'évaporation de l'eau, sont des points critiques, où des fissures sont facilement générées en appliquant de faibles valeurs de force. Lorsque la concentration d'humidité est marquée, les trous mentionnés ci-dessus, provoquent une finition de surface rugueuse et blanchâtre.

Image 2 : Problèmes générés par l'humidité. Source :PrintDry

Comme raison de l'évolution du monde de l'impression 3D, il existe des filaments à haute résistance à l'humidité , comme le PETG ou le CPE HG100, des copolyesters qui peuvent être exposés à l'eau pendant de longues périodes sans problème. Parmi les autres filaments, nous en avons trouvé certains avec une résistance modérée, comme le PLA ou l'ABS, et d'autres, en particulier les nylons et le PVA, très sujets à l'absorption d'humidité, atteignant des valeurs élevées en moins d'une journée.

Sécheur
PrintDry Vide
conteneur Moniteur
d'humidité CPE HG100
Filament

Certains utilisateurs d'imprimantes 3D utilisent des méthodes conventionnelles pour éliminer l'humidité du filament et le stocker, comme le séchage du matériau dans un four domestique et le stockage du filament dans des boîtes avec une fermeture qui n'est pas totalement étanche. Ces mesures , en plus d'être dangereux dans le cas du four domestique, ne sont pas totalement efficaces, en particulier avec des matériaux techniques et avancés. Nous citons ici une série de recommandations professionnelles pour éliminer l'humidité et comment stocker les filaments pour éviter l'absorption :

Sécheur de filaments

Le moyen le plus efficace d'éliminer l'humidité contenue dans un matériau est d'utiliser un séchoir à filament, tel que le  Sécheur de filament PrintDry, un dispositif capable de rompre les liaisons intermoléculaires entre l'eau et le polymère grâce à sa température de séchage (35-70 ºC) et au flux d'air naturel à l'intérieur, qui entraîne l'humidité de la surface du filament dans l'air qui il l'entoure. La valeur idéale d'humidité dans un filament se situe entre 10 et 13 % .

Stockage

Au début de l'utilisation d'une nouvelle bobine et après séchage d'un filament, stockage approprié est essentiel pour maintenir le pourcentage minimum d'humidité. Dans des matériaux conventionnels (PLA ou ABS) et des intervalles de stockage courts (<2 mois) l'utilisation de votre sac avec une fermeture de type grip est suffisante . En cas de durées de stockage plus longues ou avec des matériels techniques et avancés cette mesure ne suffit pas. La solution idéale consiste à utiliser les conteneurs de filaments hermétiques PrintDry avec étanchéité sous vide. Ce sont des récipients en plastique à haute résistance, où chaque utilisateur peut stocker son filament en toute sécurité sans se soucier de savoir s'il absorbe de l'humidité. Le potentiel de ces conteneurs est dans le couvercle, car dans celui-ci une soupape à vide est logé, à travers lequel et à l'aide d'une pompe manuelle (incluse avec les conteneurs), il est possible d'extraire l'air de l'intérieur du conteneur , offrant un stockage exempt de poussière et d'humidité . De cette façon, le bon état du filament peut être garanti, bien que plusieurs mois se soient écoulés depuis que la bobine a été retirée de son sceau d'usine d'origine. Le plus ancien, il faut tenir compte du fait que l'humidité relative de la zone où le matériel est stocké affecte en grande quantité , cela devrait être le moins possible sans nuire à la santé de l'utilisateur (Une bonne valeur serait supérieure à 40 % ).

Durée de vie des filaments

La durée de vie d'un filament de qualité depuis sa fabrication est de 2-3 ans , tant qu'il est dans son sceau d'origine et sous vide. Une fois le sac d'origine ouvert, le temps qu'il faut pour perdre ses propriétés mécaniques et de couleur dépend du type de matériau et de stockage. Un PLA ou un ABS stocké de la manière mentionnée ci-dessus peut conserver ses propriétés pendant plus d'un an, mais s'il ne l'est pas, il résistera un dixième du temps . Dans les matériaux plus délicats, tels que les nylons et le PVA, la perte totale de votre vie peut être de quelques jours .

Il est donc évident que maintenir les filaments avec de faibles valeurs d'humidité (10-13 %) est un facteur clé à prendre en compte à tout moment, pour éviter les problèmes avant, pendant et après une impression 3D.

Pour avoir une fiabilité maximale au moment de l'impression, il est essentiel d'avoir le maximum de variables contrôlées possibles, et l'humidité est l'une d'elles pour assurer une robustesse maximale dans le processus d'impression.