Filament d'impression 3D en nylon :matériaux, propriétés et applications pratiques

Il existe environ 50 types de nylon différents, mais tous ne sont pas adaptés à l’impression 3D :il a été conçu à l’origine comme une fibre textile. Wallace H. Carothers, chercheur chez DuPont, l'a découvert pour la première fois en 1935 alors qu'il essayait de fabriquer la première fibre entièrement synthétique. Depuis lors, le nylon a servi à de nombreuses fins, des collants aux pièces hautes performances utilisées dans la construction, l'automobile et même l'aérospatiale. Apprenons-en davantage.

Qu'est-ce que l'impression 3D en nylon ?

Les nylons sont une famille de polyamides thermoplastiques semi-cristallins de compositions similaires. Il est fabriqué selon un processus appelé polymérisation par condensation, dans lequel deux matières premières monomères différentes, une diamine et un diacide, réagissent ensemble pour former le polymère, produisant un sous-produit comme de l'eau ou du HCl. Mais chaque type de nylon a une méthode de production légèrement différente. En utilisant le nylon 6,6 comme exemple, cela est obtenu par une réaction de condensation entre deux matières premières courantes, l'hexaméthylènediamine et l'acide adipique. Une méthode alternative est la polymérisation par ouverture de cycle, qui utilise le caprolactame comme matière première pour produire du nylon 6. Vous trouverez plus de détails sur les différents nylons et comment ils sont fabriqués un peu plus bas.

Le nylon est utilisé dans l’impression 3D depuis plus de deux décennies maintenant; sous forme de filament, il est utilisé avec les imprimantes de modélisation par dépôt fondu (FDM), et sous forme de poudre, il convient aux processus de frittage sélectif laser (SLS) et de fusion multi-jets (MJF). L'image ci-dessous montre une pièce réalisée sur une imprimante 3D avec un filament de nylon.

Vous avez peut-être entendu dire que le nylon est un matériau difficile à travailler, et ce n’est pas un mensonge. Le problème du nylon est qu’il est hygroscopique, ce qui signifie qu’il absorbe l’humidité de l’air. Cela le rend sujet à la déformation, avec une mauvaise adhérence des couches et une qualité d’impression incohérente s’il n’est pas correctement séché avant l’impression. 

La bonne nouvelle est que l’ajout de fibres de verre et de carbone supprime la plupart de ces tracas tout en améliorant ses propriétés mécaniques. Le filament de fibre de carbone en nylon est fabriqué en mélangeant des brins courts de fibre de carbone dans du nylon avant de l'extruder en filament. Ces fibres stabilisent le matériau et évitent qu’il ne se déforme lors de l’impression. La meilleure nouvelle est que jusqu'à 25 % du volume du filament de nylon peut être constitué de l'une de ces charges. Lorsqu'il est combiné avec les bons paramètres de remplissage et d'imprimante, le nylon peut être utilisé pour fabriquer des pièces solides, durables et fonctionnelles pour des applications résistantes. 

Avantages

• Flexible
• Dur
• Résistant à l'abrasion
• Résistant aux alcalis, aux huiles, aux carburants et aux solvants organiques
• Meilleure résistance aux chocs que les autres thermoplastiques techniques (par exemple, PETG ou ABS)
• Plus résistant aux UV que le PLA ou l'ABS (encore plus lorsque des stabilisants UV sont ajoutés)
• Recyclable

Inconvénients

• Tendance à se déformer pendant l'impression et à se détacher du lit d'impression
• Est hygroscopique, donc absorbe facilement l'humidité avant et après l'impression ; cela peut entraîner des défauts
• Pas aussi résistant que d'autres filaments, comme le PETG ou l'ABS
• Non biodégradable
• Non résistant aux halogènes et aux acides inorganiques

Applications

• Poulies
• Engrenages
• Attaches
• Attaches-câbles et attaches zippées
• Boucles en plastique
• Dans des environnements extérieurs secs

Quelle est la composition du filament de nylon ?

Les nylons sont une famille de polyamides thermoplastiques semi-cristallins de compositions similaires. Le nylon est généralement synthétisé par un processus appelé polymérisation par condensation. Au cours de ce processus, deux matières premières monomères différentes, une diamine et un diacide, réagissent ensemble pour former le polymère et une molécule de sous-produit telle que l'eau ou le HCl. Par exemple, le nylon 66 est fabriqué par réaction de condensation à partir de deux matières premières courantes, l'hexaméthylènediamine et l'acide adipique. Une méthode de traitement alternative, appelée polymérisation par ouverture de cycle, utilise le caprolactame comme matière première pour produire du nylon 6.

Le nylon est souvent associé à des fibres de carbone et de verre pour améliorer ses propriétés mécaniques et thermiques. Jusqu'à 25 % du volume du filament peut être constitué de l'une de ces charges. 

Quelles sont les propriétés du filament de nylon ?

Vous trouverez ci-dessous quelques propriétés courantes du filament d'impression 3D en nylon :

1. Le nylon présente une flexibilité et une résistance excellentes et peut être utilisé dans des applications exposées à des conditions de charge difficiles. 
2. Le nylon présente une bonne résistance à l'abrasion et est souvent utilisé pour les poulies.
3. Le nylon présente une excellente résistance aux huiles, aux carburants et aux solvants organiques.
4. Le nylon présente une excellente résistance aux chocs par rapport aux plastiques techniques courants comme l'ABS.

Comparaison des propriétés des filaments de nylon

Mais comment le nylon se compare-t-il aux autres filaments d’impression 3D populaires, comme l’ABS, le PETG et le PP ? Nous avons mis tous les détails importants dans le tableau ci-dessous (Nylon 6 à nouveau pour faciliter la référence).

Quelles sont les limites de l'impression 3D avec du nylon ?

L'impression avec du nylon présente certains inconvénients, comme indiqué ci-dessous :

1. Le nylon a tendance à se déformer pendant l'impression et peut se détacher du lit d'impression. 
2. Le nylon absorbe facilement l'humidité avant et après l'impression. L'absorption d'humidité par le matériau du filament entraîne souvent des défauts dans la pièce imprimée.
3. Le nylon n'est pas aussi résistant que d'autres matériaux imprimables tels que le PETG et l'ABS.

Certains des avantages du filament d'impression 3D en nylon sont répertoriés ci-dessous :

1. Le nylon présente une excellente résistance à l'abrasion et est idéal pour les poulies et les engrenages.
2. Le nylon présente une excellente résistance aux chocs par rapport à d'autres thermoplastiques techniques comme le PETG ou l'ABS.
3. Le nylon est plus résistant aux UV que le PLA ou l'ABS et peut être utilisé dans des environnements extérieurs secs. Sa résistance aux UV peut être encore améliorée en ajoutant des stabilisants UV à la matière première.

Pourquoi le nylon est-il utilisé dans l'impression 3D ?

Le nylon est utilisé dans l’impression 3D en raison de sa ténacité, de sa résistance chimique et de sa résistance à l’abrasion. C'est un matériau difficile à travailler mais qui peut être utilisé pour imprimer des pièces fonctionnelles. Le filament de fibre de carbone en nylon est un matériau populaire fabriqué en mélangeant de courts brins de fibre de carbone avec du nylon avant de l'extruder en un filament. Ces fibres stabilisent le matériau, empêchant la déformation lors de l'impression, augmentant la résistance mécanique et améliorant les propriétés thermiques. 

Comment utiliser le nylon dans l'impression 3D

Le filament d'impression 3D en nylon est difficile à imprimer en raison de sa tendance à se déformer et à absorber l'humidité. Cependant, si les paramètres d’imprimante corrects sont utilisés, il n’y a aucune raison pour que d’excellents résultats ne puissent pas être obtenus. Voici quelques conseils pour réussir à imprimer du nylon :

1. Le nylon absorbe facilement l'humidité. Cette propriété peut avoir un effet néfaste sur la pièce imprimée en raison de la porosité provoquée par l'expansion des bulles d'eau bouillante lorsque l'humidité se dissipe. Il est donc important de conserver le matériau filamentaire dans un contenant hermétique. Certains conteneurs peuvent même stocker le filament pendant l'impression, ce qui est particulièrement utile pour les impressions de longue durée.
2. Le nylon se déformera pendant l'impression si l'environnement d'impression n'est pas maintenu à environ 45 °C. 

Les conseils ci-dessus pour l’impression 3D avec du nylon sont généralement applicables à tous les plastiques en nylon. Cependant, les filaments de nylon en fibre de carbone et les filaments de nylon chargés de verre ne se déforment pas aussi facilement.

Quels sont les meilleurs paramètres de configuration pour l'impression 3D en nylon ?

Comme nous l’avons mentionné, avec les bons paramètres d’imprimante et le bon type de nylon, il n’y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas obtenir d’excellents résultats. Voici quelques-uns de nos meilleurs conseils qui s'appliquent généralement à tous les filaments en plastique nylon pour une impression 3D réussie.

1. Tout d’abord, vous devrez vous assurer que votre imprimante est réglée sur les meilleurs paramètres pour ce matériau. Bien que les paramètres spécifiques de l'imprimante requis dépendent de la formulation du nylon, voici les règles générales :

• Température de l'extrudeuse/buse :230–260 °C
• Température du lit :60–70 °C
• Vitesse d'impression :30–70 mm/s (50 mm/s est idéal pour de meilleurs résultats, en particulier pour les pièces détaillées)
• Densité de remplissage  :20 % avec un motif de remplissage triangulaire (doit être ajusté selon l'application ; les utilisations porteuses peuvent nécessiter 50 à 80 %)
• Meilleure épaisseur de paroi :1,5 mm (pour la plupart des applications ; cela dépend de l'utilisation finale de la pièce)

2. Comme vous pouvez le constater, un lit d'impression chauffé est indispensable lorsque vous travaillez avec du nylon afin qu'il ne se déforme pas et ne se soulève pas du lit, mais vous devrez peut-être également le préparer avec des adhésifs.

3. Maintenez l'environnement d'impression à environ 45°C.

4. Utilisez des filaments en fibre de carbone ou en nylon chargé de verre qui ne se déforment pas aussi facilement.

5. Conservez votre filament de nylon dans un récipient hermétique et sans humidité. Certains conteneurs peuvent même stocker le filament pendant le processus d'impression, ce qui est pratique pour les impressions de longue durée.

6. Cela vaut pour tous les matériaux d'impression 3D, mais jouez avec les différents réglages de vitesse jusqu'à ce que vous trouviez celui parfait. Chaque combinaison d'imprimante et de matériau se comportera légèrement différemment.

FAQ sur le filament d'impression 3D en nylon

En quoi le nylon diffère-t-il des autres filaments plastiques pour l'impression 3D ?

Le nylon est plus résistant aux chocs que le PETG et l’ABS, et est beaucoup plus résistant et plus flexible que le PLA. Le PLA est rigide et cassant, avec une faible résistance à la fatigue sous charge cyclique, c'est pourquoi le nylon remporte cette manche. Comme le nylon, l’ABS est un matériau difficile à imprimer, mais il est plus facile à utiliser que le nylon et possède également une meilleure résistance à la traction. Le PETG est également beaucoup plus facile à imprimer et il est également moins cher que le nylon.

Le nylon est-il recyclable ?

Il doit être recyclé dans des installations de recyclage industrielles. Le nylon 6 est par exemple plus recyclable que le nylon 6,6, car il est constitué d’une seule molécule. Cela facilite la polymérisation, alors que le nylon 6,6 est composé de deux molécules difficiles à séparer.

Pourquoi l'humidité est-elle mauvaise pour les impressions 3D ?

La pièce imprimée pourrait être endommagée si de l’humidité pénétrait dans le matériau (et, comme nous l’avons vu, le nylon adore l’absorber). Cela est dû à la porosité causée par l’expansion des bulles d’eau bouillante ; à mesure que l'eau s'évapore pendant l'impression, le matériau peut s'affaiblir.

Quelle est la meilleure vitesse d'impression 3D en nylon ?

Le nylon peut être imprimé à des vitesses comprises entre 30 et 70 mm/s, mais la vitesse optimale a tendance à se situer autour de 50 mm/s, surtout si des niveaux de détail élevés sont requis dans l'impression. Comme pour tout processus d’impression 3D, il peut être nécessaire d’essayer différents réglages de vitesse jusqu’à ce que la vitesse de fonctionnement optimale soit déterminée. Chaque combinaison imprimante/matériau se comporte légèrement différemment. 

Quelle est la température de fusion du filament de nylon ?

La température de fusion du filament de nylon est de 188,4 °C. Les filaments d'impression 3D en nylon chargé de carbone ou de verre ont des températures de fusion équivalentes aux températures de fusion de leur polymère de base.

Un lit d'impression chauffant est-il requis lors de l'impression avec du nylon ?

Oui, un lit d'impression chauffé est requis lors de l'impression avec du nylon. Le nylon a tendance à se déformer et peut se soulever du lit s'il n'a pas été suffisamment préparé avec des adhésifs et chauffé.

Qu'est-ce qu'une bonne épaisseur de paroi pour le nylon d'impression 3D ?

L'épaisseur de paroi optimale pour l'impression 3D de nylon dépend de l'utilisation finale de la pièce à imprimer. Cependant, en général, une épaisseur de paroi de 1,5 mm sera idéale pour la plupart des applications.

Qu'est-ce qu'une bonne densité de paroi pour le nylon d'impression 3D ?

La densité de remplissage optimale pour un prototype de pièce imprimée en 3D en nylon non fonctionnel est de 20 %. Toutefois, cette densité doit être ajustée en fonction de l'application envisagée. Les applications porteuses peuvent nécessiter une densité de remplissage comprise entre 50 et 80 %. Le remplissage standard de type triangle sera suffisant pour la majorité des applications.

Le nylon est-il biodégradable ?

Non, comme la plupart des autres produits et thermoplastiques de qualité technique, le nylon n'est pas biodégradable.

Le nylon est-il hygroscopique ?

Oui, le nylon est hygroscopique et absorbe facilement l’humidité. Il est donc recommandé de conserver le matériau des filaments de nylon dans une enceinte sans humidité.

Quelle est la différence entre le nylon et le PLA dans l'impression 3D ?

Le PLA est un matériau rigide et cassant qui présente une faible résistance à la fatigue. Le nylon, quant à lui, est plus résistant, plus flexible et présente une meilleure résistance à la fatigue sous charge cyclique.

Quelle est la différence entre le nylon et l'ABS dans l'impression 3D ?

Comme le nylon, l’ABS est un matériau difficile à imprimer. Cependant, il est plus facile à utiliser que le nylon. L'ABS a également une meilleure résistance à la traction. Cependant, le nylon est nettement plus résistant aux chocs que l'ABS.

Quelle est la différence entre le nylon et le PETG dans l'impression 3D ?

Le PETG n'est pas aussi résistant aux chocs que le nylon. Cependant, il est beaucoup plus facile à imprimer et est moins cher que le nylon.

Kat de Naoum

Kat de Naoum est une écrivaine, auteure, éditrice et spécialiste du contenu britannique avec plus de 20 ans d'expérience en écriture. Kat a de l'expérience en matière d'écriture pour diverses organisations manufacturières et techniques et aime le monde de l'ingénierie. Parallèlement à l'écriture, Kat a travaillé comme parajuriste pendant près de 10 ans, dont sept dans le domaine du financement maritime. Elle a écrit pour de nombreuses publications, tant imprimées qu'en ligne. Kat est titulaire d'un baccalauréat en littérature anglaise et en philosophie, ainsi que d'une maîtrise en écriture créative de l'Université de Kingston.

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