Humidité : L'Ennemie Silencieuse des Filaments d'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, même 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 ratée.

Les effets de l'absorption d'eau peuvent entraîner les problèmes suivants : fragilité accrue, diamètre augmenté (problèmes possibles avec les imprimantes à système d'extrusion 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 d'avoir les filaments placés dans l'imprimante si vous n'allez pas imprimer. Ils peuvent se coincer dans l'extrudeur car en absorbant l'eau, ils gonflent et augmentent de diamètre.

La carte suivante montre l'humidité relative annuelle moyenne (ratio en pourcentage entre la quantité réelle de vapeur d'eau contenue dans l'air et celle qu'il faudrait contenir pour saturer à la même température), une valeur obtenue à partir de l'humidité moyenne enregistrée dans les 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 : NeoGAF

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

• Dégradation du filament : Les filaments hygroscopiques sont enclins à absorber l'eau dans une large mesure, puisque les molécules d'eau se lient aux molécules de polymère, formant de fortes liaisons intermoléculaires. Ces liens peuvent provoquer des micro-ruptures internes qui affaiblissent la structure même du filament.
• Bourrage de l'extrudeur / HotEnd : L'humidité de l'eau concentrée dans le filament, lorsqu'il est chauffé dans le HotEnd, s'évapore, créant des vides à l'intérieur du filament, le transformant en une pâte qui bouche le canon (Heat Break) ou la buse. Ce problème est très courant lors de l'utilisation de filaments nylon avec des pourcentages d'humidité élevés (> 20 %).
• Impressions 3D de basse qualité (résistance et finition) : La combinaison de ce qui précède aboutit à des impressions 3D avec de nombreux problèmes, tant mécaniques que superficiels. Les vides entre couches (pas toujours visibles à l'œil nu) causés par l'évaporation de l'eau, sont des points critiques, où des fissures se génèrent facilement 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 avec une haute résistance à l'humidité, comme le PETG ou le CPE HG100, des copolyestères qui peuvent être exposés à l'eau pendant de longues périodes sans problèmes. Parmi les autres filaments, on en trouve certains avec une résistance modérée, comme le PLA ou l'ABS, et d'autres, surtout les nylons et le PVA, très enclins à l'absorption d'humidité, atteignant des valeurs élevées en moins d'une journée.

Sèche-filament
PrintDry Conteneur
sous vide Contrôleur
d'humidité Filament
CPE HG100

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

Sèche-filament

La manière la plus efficace d'éliminer l'humidité contenue dans un matériau est d'utiliser un sèche-filament, comme le sèche-filament PrintDry, un appareil capable de rompre les liaisons intermoléculaires entre l'eau et le polymère grâce à sa température de séchage (35-70 °C) et au flux d'air naturel à l'intérieur, qui entraîne l'humidité de la surface du filament vers l'air qui l'entoure. La valeur idéale d'humidité dans un filament est entre 10-13 %.

Stockage

Au début de l'utilisation d'une nouvelle bobine et après avoir séché un filament, un stockage approprié est essentiel pour maintenir le pourcentage minimum d'humidité. Dans les matériaux conventionnels (PLA ou ABS) et pour des intervalles de stockage courts (<2 mois), l'utilisation de votre sac avec fermeture à zip est suffisante. En cas de temps de stockage plus longs ou avec des matériaux techniques et avancés, cette mesure n'est pas suffisante. La solution idéale est d'utiliser les conteneurs hermétiques pour filament PrintDry avec mise sous vide. Ce sont des conteneurs en plastique haute résistance, où chaque utilisateur peut stocker son filament en toute sécurité sans se soucier de l'humidité. Le potentiel de ces conteneurs réside dans le couvercle, car celui-ci abrite une vanne de vide, à travers laquelle et avec 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. Ainsi, l'état correct du filament peut être garanti, même si plusieurs mois se sont écoulés depuis que la bobine a été sortie de son scellé d'usine d'origine. De plus, il faut tenir compte que l'humidité relative de la zone où le matériau est stocké affecte en grande quantité, elle devrait être la plus faible possible sans nuire à la santé de l'utilisateur (Une bonne valeur serait supérieure à 40 %).

Durée de vie du filament

La durée de vie d'un filament de qualité depuis sa fabrication est de 2-3 ans, tant qu'il est dans son scellé 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 du stockage. Un PLA ou 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 ne résistera qu'un dixième du temps. Dans des matériaux plus délicats, comme les nylons et le PVA, la perte totale de leur durée de 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 vital d'avoir le maximum de variables possibles contrôlées, et l'humidité en fait partie pour assurer une robustesse maximale dans le processus d'impression.