Révolutionner l'impression 3D résine avec les technologies de résines avancées

L'une des principales barrières que l'impression 3D résine a toujours eue lors de son implémentation à niveau industriel a été la variété limitée de matériaux disponibles. À l'origine, les seuls matériaux disponibles étaient des résines basées sur des oligomères d'acrylate, généralement de faible poids moléculaire, qui se distinguaient par leur grande fragilité et leurs mauvaises propriétés mécaniques et thermiques. À cause de cela, 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 basées sur les thermoplastiques comme le FDM ou le SLS.

Cependant, ces dernières années, cela a changé radicalement. L'émergence de nouvelles résines techniques aux propriétés avancées et développées spécifiquement pour certaines applications professionnelles a amené cette technologie à l'attention de nombreux secteurs. Conjuguée à l'émergence de nouvelles technologies d'impression 3D résine telles que la LED-LCD, qui ont réussi à réduire les coûts et augmenter significativement la vitesse d'impression, cela constitue une alternative viable, qui peut même surpasser le FDM et le SLS dans certains domaines d'application.

Ces résines techniques peuvent être classées en trois groupes, selon le domaine auquel elles sont destinées :

• Résines pour la joaillerie
• Résines dentaires
• Résines d'ingénierie

RÉSINES POUR LA JOAILLERIE

L'industrie de la joaillerie a historiquement été la première à implémenter l'impression 3D résine. Cela est dû à la haute résolution offerte par cette technologie, capable de produire de petits modèles à l'échelle 1:1 avec des finitions de haute qualité.

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

Bien que les résines standard soient largement utilisées pour la production de modèles, ce qui a marqué un avant et un après a été l'émergence de résines calcinables de haute qualité. Ces résines se distinguent par laisser à peine des résidus lors de la calcination, ce qui en a fait un substitut parfait pour les modèles en cire originellement utilisés en fonderie.

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

Vidéo 1 : Préparation traditionnelle d'un arbre en cire. Source : greekerajewelry.com

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

Il existe actuellement de nombreuses options sur le marché pour des résines calcinables de haute qualité, compatibles tant avec les SLA qu'avec les DLP ou LED-LCD. Se distinguent les résines "Castable Wax" de Formlabs avec 20% de cire ou le ZWax Purple avec 10% de cire et compatible avec les imprimantes DLP et LED-LCD, pour leur combinaison de faibles résidus, faible dilatation thermique et haute précision.

Image 2 : Anneau imprimé avec zWax Purple. Source : Uniz.com

RÉSINES 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 gouttières et contention.
• 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. Elles sont généralement utilisées pour la production de modèles de patients sur lesquels le professionnel dentaire ou médical peut travailler afin de planifier des interventions ou tester des éléments comme des couronnes ou bridges. Elles sont similaires en composition aux résines standard et visent principalement à avoir une haute précision et résolution, ainsi qu'un faible coût de production.

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

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

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

Résines pour gouttières et contention

Ces résines sont destinées à la fabrication de gouttières et contention, donc, en plus d'avoir une biocompatibilité d'au moins classe IIa, elles doivent avoir une excellente résistance à l'usure et à la fracture.

Une autre caractéristique commune est qu'elles ont tendance à être hautement transparentes, principalement pour des raisons esthétiques.

Vidéo 2 : Fabrication de gouttières par impression 3D résine. Source : Formlabs.com

En plus de la production de gouttières et contention, elles sont largement utilisées dans la fabrication de guides chirurgicaux grâce à leur bonne compatibilité et excellentes propriétés mécaniques. Certains fabricants comme Formlabs incluent une résine spécifique pour cette application comme la résine Dental Surgical Guide, qui offre une plus grande flexibilité.

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

Il est possible de trouver des résines développées pour la production de gouttières et contention compatibles tant avec SLA comme Formlabs Dental LT, qu'avec DLP et LED-LCD comme Dental Clear de Harzlabs.

Résines pour couronnes et bridges provisoires

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

Pour offrir cette finition, en général, des composants céramiques et des colorants sont utilisés qui fournissent des teintes dans l'échelle VITA.

Image 5 : Nuancier VITA. Source : vita-zahnfabrik

Une fois imprimées, ces résines peuvent être polies et teintées avec des facettes 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.

Elles sont principalement utilisées dans la production de modèles pour la fabrication d'implants dentaires par fonderie. Se distingue la résine Harzlabs Dental Cast, avec un résidu inférieur à 0,1 %.

RÉSINES D'INGÉNIERIE

Le secteur industriel et d'ingénierie a toujours été le plus réticent à implémenter l'impression 3D résine. Cela 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 avancées dans les matériaux et l'émergence de nouvelles résines d'ingénierie comblent le fossé entre les différentes technologies d'impression 3D. Il y a trois groupes de résines d'ingénierie :

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

Résines aux propriétés mécaniques améliorées

Ce sont des résines développées dans le but de fournir une fragilité moindre et un module plus élevé que les résines standard. Alors que les résines standard comme la Harzlabs Basic Resin offrent une résistance à la traction de 20 MPa, les nouvelles résines d'ingénierie comme l'Ultracur3D RG50 de BASF fournissent 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 comme le nylon chargé.

Des résines d'ingénierie avec d'autres propriétés spécifiques, comme une haute résistance à l'usure ou des résines résistantes aux chocs, sont également apparues.

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

Parmi les résines à haute résistance aux chocs, la ligne Ultracur3D High Impact de BASF se distingue. 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 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 entre 50°C et 80°C.

Image 8 : Comparaison de la température de fléchissement sous charge de diverses résines Formlabs. Source : Formlabs.com

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

Résines flexibles et élastiques

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

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

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

Cependant, l'un des sauts les plus importants dans ce type de matériau est la nouvelle ligne de résines flexibles et élastiques de BASF. Ce sont des résines basées sur des oligomères d'uréthane acrylate, et offrent la plus grande flexibilité et élasticité parmi les résines disponibles aujourd'hui. La 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 résine a augmenté exponentiellement, incluant de nouveaux matériaux avec des propriétés qui égalent et dans certains cas même dépassent celles fournies par les thermoplastiques pour FDM. Cela, conjugué au fait que l'impression 3D résine fournit une isotropie supérieure à celle obtenue par FDM, en fait une option viable dans de nombreuses applications industrielles et d'ingénierie.