Filaments solubles pour le support

L'une des principales limites de l'impression 3D FFF par rapport aux autres technologies de fabrication additive est la nécessité pour la zone imprimée de chaque couche d'être soutenue par une couche imprimée précédente. Cela signifie que toute partie de la pièce avec un porte-à-faux supérieur à 45º ou tout pont de plus de 10 mm nécessite des structures de support.

Sur les imprimantes 3D FFF à extrudeuse unique, la seule option pour générer des structures de support est d'utiliser le même matériau d'impression que la pièce. Ces supports doivent être retirés mécaniquement une fois l'impression terminée, et diverses stratégies sont employées pour faciliter cela, comme réaliser ces supports avec des structures à faible densité et laisser une couche de séparation entre le support et la pièce. Cela permet de retirer manuellement les supports sans utiliser d'outils, bien que les finitions de surface des surfaces en contact avec les supports soient souvent mal finies.

Image 1 :Supports sur pièces imprimées en 3D. Source :3DHubs

Sur les imprimantes 3D FFF à double extrudeuses, la gamme d'options s'élargit, car il n'est pas nécessaire d'utiliser le même matériau pour la pièce et pour les supports. Cela ouvre la porte à l'utilisation de matériaux solubles dans des solvants qui ne dissolvent pas le matériau de la pièce . Cela permet d'utiliser des supports denses en contact avec la pièce qui garantissent une excellente finition sur la surface de contact.

Image 2 :Extrudeur double Raise3D Pro2. Source :Raise3D

Il existe de nombreux filaments de support solubles différents, mais ils ne sont pas tous identiques et n'ont pas tous la même compatibilité. Lors de la sélection d'un matériau de support soluble, il est important de prendre en compte un certain nombre de caractéristiques pour assurer la compatibilité avec le matériau d'impression utilisé. Ces caractéristiques sont :

• Il doitêtre soluble dans un solvant qui n'endommagera ni n'altérera les propriétés du matériau utilisé dans la pièce.

• Il doit être thermiquement compatible avec le filament de la pièce, il doit donc avoir des températures d'impression et de base similaires, ainsi que des températures de ramollissement similaires.
• Il doit avoir une bonne adhérence avec le matériau utilisé dans la partie.
• Il doit être facilement imprimable et avoir une bonne adhérence entre les calques.

Il existe actuellement trois principaux types de supports solubles :

• Filaments organiques solubles dans les solvants
• Filaments solubles dans l'eau utilisant un activateur
• Filaments solubles dans l'eau

FILAMENTS SOLUBLES DANS LES SOLVANTS ORGANIQUES.

Ce sont des matériaux aux propriétés similaires au matériau utilisé dans la pièce mais qui peuvent être dissous dans un solvant qui n'attaque ni ne dissout le matériau qu'ils complètent.

Il n'y a actuellement pas beaucoup d'options pour ce type de filament, principalement en raison de deux problèmes :d'une part, les matériaux ayant des propriétés physico-chimiques similaires qui les rendent compatibles entre eux se comportent également généralement de manière similaire avec la plupart des solvants, ce qui rend difficile de trouver un solvant adapté. D'autre part, beaucoup de ces solvants organiques sont hautement toxiques ou inaccessibles à la plupart des utilisateurs et nécessitent un traitement spécialisé des déchets.

Image 3 :D-Limoneno. Source :Filament2print

Le filament de ce type le plus couramment utilisé est le HIPS, dont les propriétés le rendent compatible avec la plupart des matériaux à base d'ABS et d'ASA. En plus d'avoir des propriétés thermiques similaires, il a une bonne adhérence à l'ABS et à l'ASA. C'est actuellement l'un des supports les plus utilisés, non seulement en raison de sa compatibilité avec l'ABS, mais aussi en raison de son faible coût et parce qu'il est soluble dans le D-Limonène, un solvant organique accessible, peu coûteux et peu toxique.

FILAMENTS SOLUBLES DANS L'EAU GRÂCE À L'UTILISATION D'UN ACTIVATEUR.

Ce sont despolymères à base d'ATP (terpolymères d'acrylate). Ces matériaux ont la caractéristique d'être solubles dans des solutions alcalines. Ils ont une excellente compatibilité avec les matériaux à base d'ABS et d'ASA, et peuvent également être utilisés avec du polycarbonate (bien que leur compatibilité soit quelque peu inférieure).

Ils ne sont pas directement solubles dans l'eau, car ils nécessitent de l'eau pour avoir un pH alcalin, donc l'utilisation d'un activateur tampon, comme 3DWash, est nécessaire.

Image 4 :3DWash. Source :Traxer

Ils sont une alternative parfaite aux HIPS , non seulement parce qu'ils ne nécessitent pas l'utilisation de solvants organiques, mais aussi parce qu'il s'agit de filaments développés et additivés spécifiquement pour être utilisés comme matériau de support, de sorte qu'ils se dissolvent généralement plus rapidement et laissent moins de résidus sur la pièce.>

Vidéo 1 :Présentation vidéo de PolyDissolve S2. Source :Polymaker

Certains filaments représentatifs sont PolyDissolve S2 et Z-SUPPORT ATP.

FILAMENTS SOLUBLES DANS L'EAU

L'un des principaux objectifs des fabricants a été d'obtenir des filaments de support solubles directement dans l'eau. En effet, il ne nécessite pas de solvants organiques ni de solutions alcalines, ce qui en fait l'alternative la plus sûre et la plus accessible pour la plupart des utilisateurs.

C'est pourquoi c'est la catégorie avec la plus grande variété de matériaux différents et avec des options compatibles avec une large gamme de filaments.

Au sein des filaments hydrosolubles, on distingue deux types :

Filaments solubles dans l'eau compatibles avec les matériaux à basse température : Ce sont des filaments à base de PVA (alcool polyvinylique) ou BVOH (alcool vinylique butènediol) . Les deux matériaux ont une excellente compatibilité avec le PLA et peuvent être utilisés avec PA (bien que leur compatibilité ne soit pas aussi bonne). Le BVOH peut être considéré comme une évolution du PVA et présente un certain nombre d'avantages par rapport au PVA, comme une meilleure compatibilité avec le PETG ou même avec certains filaments souples et un taux de dissolution plus élevé dans l'eau froide. Certains filaments PVA sont LAY-PVA ou PVA Raise, tandis que Mowiflex ou Z-SUPPORT Premium sont basés sur BVOH.

Vidéo 2 :Comparaison entre PVA et BVOH. Source :BCN3D

Filaments hydrosolubles compatibles avec les matériaux haute température :ce sont les filaments de support les plus avancés actuellement disponibles. Ils sont constitués d'un matériau composé d'un mélange d'un polymère hydrosoluble (similaire aux précédents) et un sucre, généralement du tréhalose, un polysaccharide rapidement soluble dans l'eau et à haute stabilité thermique. La proportion entre polymère et sucre, associée à l'utilisation de certains additifs spécifiques à chaque fabricant, permet d'obtenir différentes formulations de matériaux hydrosolubles et compatibles avec des matériaux dans une large gamme de températures, de l'ABS au PEEK ou ULTEM.

Image 5 :Pièce PA-CF avec supports en Aquatek X1. Source :3DXTech

Certains filaments tels que Aquasys 120 ou Aquatek X1 sont compatibles avec le PLA ainsi que l'ABS, l'ASA, le PA, le PETG ou certains filaments souples . Aquasys 120 peut également être utilisé avec PC ou PP. De plus, les deux matériaux peuvent supporter des températures de chambre allant jusqu'à 120 °C et conviennent donc également à une utilisation dans les imprimantes industrielles.

Une étape au-dessus est Aquasys 180, probablement le matériel de support le plus avancé et le plus compatible disponible aujourd'hui. En plus d'être compatible avec les mêmes matériaux qu'Aquasys 120, il peut être utilisé avec PEKK, PEEK, ULTEM et PPSU car il peut supporter des températures de chambre allant jusqu'à 180 °C.

Image 6 :Pièce avec supports fabriqués en Aqusys 180. Source :Infinite Material Solutions

Cependant, le principal avantage de ce type de filaments (leur grande solubilité dans l'eau) est aussileur principal inconvénient, car ils sont très sensibles à l'humidité ambiante . Cela oblige à conserver ces filaments dans des conteneurs spéciaux, à la fois pendant le stockage et l'utilisation . De plus, comme ces filaments absorbent l'humidité, leur adhérence se dégrade et le risque de colmatage augmente.

COMMENT CHOISIR LE FILAMENT SOLUBLE LE PLUS APPROPRIÉ.

Lors de la sélection du filament soluble le plus approprié, il est nécessaire d'analyser le matériau à compléter.

• ABS/ASA :En général, il est conseillé d'éviter l'utilisation de HIPS car il implique la manipulation de solvants organiques et génère des déchets qui ne peuvent pas être éliminés directement. Dans ce cas, les filaments ATP solubles dans l'eau avec l'utilisation d'un activateur sont l'option la plus recommandée. Ils ont une excellente compatibilité avec ces matériaux et ont une faible sensibilité à l'humidité, ce qui les rend plus faciles à stocker et à utiliser, tout en minimisant le risque d'échec d'impression.

• PLA :Les matériaux les plus compatibles avec le PLA sont ceux à base de PVA et de BVOH. Parmi ceux-ci, les matériaux à base de BVOH sont moins sensibles à l'humidité, bien qu'en général les matériaux à base de PVA soient légèrement moins chers.

• PETG/PA : Bien qu'il soit possible d'utiliser le PVA et le BVOH comme matériau de support avec le PETG et le PA, leur compatibilité n'est pas particulièrement bonne. Dans ce cas, la meilleure option est les filaments hydrosolubles compatibles avec les matériaux haute température tels que l'Aquasys 120.

• Flexibles :La compatibilité entre support et matériaux souples n'a jamais été particulièrement bonne. Il est possible d'utiliser du BVOH ou des matériaux comme l'Aquasys 120 avec certains filaments flexibles, cependant il sera nécessaire de tester chaque filament flexible pour vérifier la compatibilité.

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU : Dans ce cas, la meilleure option est d'utiliser Aquasys 180, car c'est le matériau qui garantit la meilleure compatibilité avec ce type de matériau et qui a la meilleure stabilité thermique à haute température.

• Si vous utilisez habituellement des supports solubles avec des matériaux différents, l'idéal est d'utiliser un seul matériau compatible avec tous les matériaux, comme Aquasys 120 ou Aquatek X1, plutôt que d'en avoir un différent pour chaque matériau.

Bien que les filaments solubles soient souvent désignés comme un seul groupe, ils sont en réalité constitués de différents matériaux, avec leurs propres caractéristiques très spécifiques. Aujourd'hui, il est possible de trouver des filaments solubles de haute qualité compatibles avec presque tous les matériaux du marché, du PLA au PEEK.