Résines avancées pour l'impression 3D

L'un des principaux obstacles que l'impression 3D en résine a toujours eu lorsqu'il est mis en œuvre au niveau industriel a été la variété limitée de matériaux disponibles. À l'origine, les seuls matériaux disponibles étaient des résines à base d'oligomères d'acrylate, généralement de faible poids moléculaire, qui se distinguaient par leur haute fragilité et leurs mauvaises propriétés mécaniques et thermiques. De ce fait, l'impression 3D résine a toujours été reléguée au second plan dans la production de composants fonctionnels et de prototypes, au profit des technologies d'impression 3D à base de thermoplastiques telles que FDM ou SLS.

Cependant, ces dernières années, cela a radicalement changé. L'émergence de nouvelles résines techniques aux propriétés avancées et développées spécifiquement pour certaines applications professionnelles a porté cette technologie à l'attention de nombreux secteurs. Couplé à l'émergence de nouvelles technologies d'impression 3D à base de résine tels queLED-LCD , qui ont réussi à réduire les coûts et à augmenter considérablement la vitesse d'impression, c'est une alternative viable , qui peut même surpasser FDM et SLS dans certains domaines d'application.

Ces résines techniques peuvent être classées en trois groupes , selon le domaine sur lequel ils se concentrent :

• Résines pour bijoux
• Résines dentaires
• Résines techniques

RÉSINES POUR BIJOUX

L'industrie de la joaillerie a toujours été la première à mettre en œuvre l'impression 3D en résine. Cela est dû à la haute résolution offerte par cette technologie , capable de produire de petites maquettes à l'échelle 1:1 avec des finitions de haute qualité.

Image 1 :Modèle de bijou imprimé en résine. Source :uniz.com

Bien que les résines standard soient largement utilisées pour la production de modèles , ce qui a signifié un avant et un après a été l'émergence de résines coulables de haute qualité. Ces résines se distinguent par le fait qu'elles ne laissent pratiquement aucun résidu lors de la calcination, ce qui en fait un substitut parfait aux modèles en cire utilisés à l'origine pour la coulée.

Grâce à cela, il est possible d'imprimer directement l'arbre de coulée, sans avoir besoin de faire des moules pour produire les wax masters ou assembler manuellement les arbres, ce qui réduit les étapes manuelles et automatise le processus.

Vidéo 1 :préparation traditionnelle d'un arbre à cire. Source :greekerajewelry.com

En général, ce type de résine peut inclure dans sa composition un pourcentage de cire liquide destiné à éliminer les éventuels résidus de cendres, produire un moule propre, adapté à une coulée de qualité. Un pourcentage plus élevé de cire produira une calcination plus propre , et avec moins de résidus, cependant, cela peut affecter la précision d'impression. De plus, ce type de résine se caractérise généralement par un très faible coefficient de dilatation.

Il existe actuellement de nombreuses options sur le marché pour les résines calcinables de haute qualité, compatibles avec les SLA et les DLP ou les LED-LCD. Les résines Formlabs "Castable Wax" avec 20 % de cire ou ZWax Purple avec 10 % de cire et compatibles avec les imprimantes DLP et LED-LCD se distinguent par leur combinaison de faible résidu, faible dilatation thermique et haute précision.

Image 2 :Bague imprimée avec zWax Purple. Police :Uniz.com

RESINES DENTAIRES

Avec la joaillerie, le secteur dentaire a été l'un des premiers à adopter l'impression 3D résine, et est maintenant le secteur à la croissance la plus rapide avec la plus large gamme de matériaux.

Les résines dentaires peuvent généralement être regroupées en quatre catégories selon leur application :

• Résines pour modèles dentaires.
• Résines pour appareils de contention et attelles.
• Résines pour couronnes et bridges provisoires
• Résines calcinables

Résines pour modèles dentaires

Ce sont des résines qui ne sont pas conçues pour être en contact avec le patient. Ils sont généralement utilisés pour la production de modèles de patients sur lesquels le professionnel dentaire ou médical peut travailler afin de planifier des interventions ou de tester des éléments tels que des couronnes ou des bridges. Ils sont de composition similaire aux résines standard et sont principalement destinés à avoir une haute précision et résolution, ainsi qu'un faible coût de production.

Image 3 :Modèle imprimé en 3D avec de la résine. Source :Uniz.com

Il est également important dans ces résines qu'elles aient certaines qualités esthétiques, en distinguant deux groupes :

• Résines avec une finition mate, qui facilitent la visualisation et la photographie des modèles, en évitant autant que possible l'apparition de reflets. Parmi ce type de résine, la résine Dental Model de Formlabs se distingue, avec une finition similaire au plâtre.
• Des résines qui donnent un aspect réaliste, comme la résine Dental Pink de Harzlabs.

Résines pour contentions et attelles

Ces résines sont destinées à la fabrication de contentions et d'attelles, par conséquent, en plus d'avoir une biocompatibilité d'au moins la classe IIa, ils doivent avoir une excellente résistance à l'usure et à la rupture.

Une autre caractéristique commune est qu'ils ont tendance à être très transparents, principalement pour des raisons esthétiques.

Vidéo 2 :Fabrication d'attelles par impression 3D de résine. Source :Formlabs.com

En plus de la production de dispositifs de retenue et d'attelles, ils sont largement utilisés dans la fabrication de guides chirurgicaux en raison de leur bonne compatibilité et de leurs excellentes propriétés mécaniques . Certains fabricants tels que Formlabs incluent une résine spécifique pour cette application telle que le Guide Chirurgical Dentaire résine, qui offre une plus grande flexibilité.

Image 4 :Guides chirurgicaux imprimés avec SLA. Source :Formlabs.com

Il est possible detrouver des résines développées pour la production de gouttières et de contentions compatibles à la fois avec le SLA tel que Formlabs Dental LT, et le DLP et le LED-LCD tel que Dental Clear de Harzlabs.

Résines pour couronnes et bridges provisoires

Ce sont des résines utilisées pour produire des bridges, des couronnes, des restaurations et des facettes temporaires . Elles doivent être biocompatibles et offrir une finition similaire à celle des dents d'origine.

Pour obtenir cette finition en général, on utilise des composants céramiques et des teintures qui fournissent des nuances dans l'échelle VITA.

Image 5 :nuancier VITA. Source :vita-zahnfabrik

Une fois imprimées, ces résines peuvent être polies et teintées avec des placages photopolymérisables pour obtenir la finition idéale pour chaque patient.

La résine Temporary CB de Formlabs est disponible en quatre teintes VITA (A2, A3, B1 et C2) et la résine Dental Sand de Harzlabs est disponible en teintes A1 et A2.

Résines calcinables

Résines similaires à celles utilisées en joaillerie. Dans ce cas, la nécessité de produire le moins de déchets possible est encore plus critique.

Ils sont principalement utilisés dans la production de modèles pour la fabrication d'implants dentaires par casting. La résine Harzlabs Dental Cast se démarque, avec un résidu inférieur à 0,1 %.

RÉSINES D'INGÉNIERIE

Le secteur industriel et de l'ingénierie a toujours été le le plus réticent à mettre en œuvre l'impression 3D en résine. C'est principalement parce que, sur le plan mécanique et thermique, les résines ne peuvent pas rivaliser avec les matériaux d'ingénierie disponibles pour le FDM ou les polyamides utilisés en SLS.

Bien que cela soit encore vrai aujourd'hui, ces dernières années, les progrès des matériaux et l'émergence de nouvelles résines techniques réduisent l'écart entre les différentes technologies d'impression 3D. Il existe trois groupes de résines techniques :

• Résines aux propriétés mécaniques améliorées
• Résines aux propriétés thermiques améliorées
• Résines souples et élastiques

Résines aux propriétés mécaniques améliorées

Ce sont des résines développées dans le but de fournir une fragilité plus faible et un module plus élevé que les résines standard. Alors que les résines standard telles que Harzlabs Basic Resin offrent une résistance à la traction de 20 MPa, les nouvelles résines techniques tels que l'Ultracur3D RG50 de BASF offrent une résistance à la traction allant jusqu'à 68 MPa, trois fois supérieure. Cette résistance à la traction est même supérieure à celle fournie par les filaments ABS et proche de matériaux tels que le nylon renforcé de charge.

Des résines techniques avec d'autres propriétés spécifiques, telles que des résines à haute résistance à l'usure ou résistantes aux chocs, sont également apparues.

Image 6 :Comparaison de la résistance aux chocs de différentes résines Formlabs. Source :Formlabs.com

Parmi les résines à haute résistance aux chocs, la ligne Ultracur3D High Impact de BASF se démarque . Ces résines offrent une résistance à la traction de 50 MPa avec une déformation à la rupture de 56%, un module de flexion de 1700 MPa et une résistance aux chocs de 1,39 J/m2. Cela les rend idéales pour la production de composants mécaniques et de prototypes fonctionnels.

Image 7 :Résine BASF Ultracur3D RG35. Source :forward-am.com

Résines aux propriétés thermiques améliorées

La résistance thermique a toujours été l'un des points faibles des résines d'impression 3D . En général, toutes les résines ont des températures de ramollissement comprises entre 50 °C et 80 °C.

Image 8 :Comparaison de la température de déformation thermique de différentes résines Formlabs. Source :Formlabs.com

Actuellement, il existe très peu de résines disponibles pour les applications à haute température, la résine High Temp de Formlabs étant la plus importante. Il s'agit d'une résine capable de résister à des températures allant jusqu'à 142 ºC une fois durcie (sous une charge de 0,45 MPa). Le principal avantage de cette résine est qu'il est possible d'augmenter sa résistance thermique jusqu'à 238 ºC en appliquant un traitement thermique aux pièces consistant à les chauffer à 60 ºC pendant une heure puis à 160 ºC pendant une heure et demie.

Résines souples et élastiques

L'un des principaux handicaps des résines d'impression 3D a toujours été leur grande fragilité , une propriété non souhaitée en ingénierie. C'est pourquoi l'apparition ces dernières années des résines souples et élastiques a été une révolution.

Image 9 :Comparaison entre la résine Flexible 80A et la résine Elastic 50A Source :FormLabs.

Aujourd'hui, il existe plusieurs options pour SLA et LED-LCD. En SLA, les résines flexibles 80A et élastiques 50A se distinguent. Flexible 80A est une résine très flexible avec 120 % de déformation à la rupture et une dureté de 80 Shore A, tandis que Elastic 50A est une résine avec une bonne élasticité, 160 % de déformation à la rupture et une dureté de 50 Shore A.

Cependant, l'un des progrès les plus importants dans ce type de matériau est la nouvelle gamme de résines flexibles et élastiques de BASF. Ce sont des résines à base d'oligomères d'uréthane acrylate, et offrent la plus grande flexibilité et élasticité parmi les résines disponibles aujourd'hui. BASF Ultracur3D FL300, par exemple, avec une dureté de seulement 37 Shore A, offre une déformation à la rupture allant jusqu'à 306 %.

Image 10 :Résine BASF Ultracur3D FL60. Source :forward-am.com

Ces dernières années, la gamme de matériaux pour l'impression 3D en résine a connu une croissance exponentielle, y compris de nouveaux matériaux dont les propriétés correspondent et, dans certains cas, dépassent même celles fournies par les thermoplastiques pour FDM. Ceci, associé au fait que l'impression 3D sur résine offre une isotropie supérieure à celle obtenue par FDM, en fait une option viable dans de nombreuses applications industrielles et d'ingénierie.