L'impression 3D en polycarbonate expliquée :définition, avantages, applications et fonctionnement

Le polycarbonate est un plastique qui, plus précisément, entre dans la catégorie des thermoplastiques, ce qui signifie qu'il est assez fantastique pour fondre et durcir encore et encore. Chose intéressante, cela en fait un matériau bien équipé pour passer par le processus d’impression 3D. Non seulement cela, mais il est réputé pour être durable et avoir une tolérance à la chaleur et une résistance chimique décentes. 

Si le polycarbonate a attiré votre attention en tant que candidat potentiel pour tous les types de produits que vous créez avec la fabrication additive, nous avons créé ci-dessous un explicatif utile qui explique exactement ce qu'implique ce processus et quels sont ses avantages (et ses limites).

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

Le polycarbonate, ou PC en abrégé, est le matériau utilisé dans ce style d'impression, et c'est généralement un choix incontournable pour les systèmes d'impression par modélisation par dépôt fondu (FDM), qui superposent le matériau pour former plusieurs couches jusqu'à ce que votre forme soit terminée.

La raison pour laquelle le polycarbonate a gagné sa place dans le monde de l’impression 3D est due à ses caractéristiques utiles qui le rendent facile à utiliser et fonctionnel une fois l’objet 3D imprimé. Il a une résistance à la traction de 70 MPa et une limite d'élasticité de 63 MPa, ce qui, pour le contexte, est bien supérieur à celui du béton. Il conserve également son intégrité structurelle à des températures élevées (jusqu'à 150 ℃). Naturellement, ces exploits impressionnants en ont fait un incontournable dans de nombreuses industries, notamment dans les domaines de l'aérospatiale et de la médecine, mais nous reviendrons sur ses applications plus tard.

Quel est le nom de l'impression 3D en polycarbonate ?

L'impression 3D en polycarbonate est également communément appelée impression 3D PC ou impression 3D en filament PC.

Quel est l'objectif de l'impression 3D en polycarbonate dans le secteur manufacturier ?

Le but de l’impression 3D en polycarbonate dans la fabrication est d’exploiter les propriétés mécaniques exceptionnelles et la stabilité thermique du PC grâce à des techniques de fabrication additive. L'impression 3D en polycarbonate permet la création de géométries complexes et de structures internes complexes qui pourraient être difficiles, voire impossibles, à réaliser avec les méthodes de fabrication traditionnelles. Ceci est particulièrement utile pour produire des composants dotés de canaux internes, de structures en treillis ou de conceptions complexes remplissant des fonctions spécifiques. De plus, la nature additive de l’impression 3D permet une personnalisation rapide et la production de lots de faible volume sans coûts de configuration importants. Enfin, l’impression 3D sur PC permet une itération rapide de conceptions avec le même matériau qui sera utilisé pour le produit final. Cela permet d'affiner les conceptions et d'évaluer les performances sans avoir besoin de transition entre différents matériaux et techniques de fabrication.

Quelles sont les industries qui utilisent l'impression 3D en polycarbonate ?

Le polycarbonate trouve des applications dans un large éventail d'industries. Les principales industries qui utilisent le polycarbonate sont :l'aérospatiale, l'automobile, les biens de consommation, les appareils électriques et électroniques, ainsi que les appareils médicaux. Par exemple, le polycarbonate s'avère être un choix approprié pour les applications dans les secteurs électrique et automobile en raison de ses remarquables propriétés ignifuges, de résistance à la chaleur, de légèreté et d'isolation. Ces applications englobent les boîtiers électriques, les luminaires et même les phares des véhicules. La nature transparente et incassable du polycarbonate en fait également un excellent choix pour les équipements de protection. Ceci est particulièrement important dans les domaines de la sécurité et de la construction, où il est utilisé dans les lunettes de sécurité et les matériaux de fenêtre.

Comment fonctionne l'impression 3D en polycarbonate ?

Si vous êtes curieux de savoir ce qu'implique le processus d'impression 3D en polycarbonate, nous en avons détaillé ci-dessous une étape par étape.

1. Pour commencer, vous devrez concevoir le modèle 3D que vous souhaitez imprimer via un logiciel assisté par ordinateur. C’est ce que l’imprimante utilisera comme instructions pour pouvoir imprimer exactement les dimensions, les détails et la forme souhaitées. 
2. Ensuite, le prétraitement commencera, qui consiste à mettre à l'échelle, à orienter et à positionner le modèle et à s'assurer qu'il est correct et prêt à être matérialisé à l'aide d'une imprimante.
3. Ensuite, vous devrez programmer l'imprimante et la préparer pour sa prochaine tâche. Cela peut impliquer une variété de tâches et de travaux différents, notamment la mise à niveau du lit d'impression, le nettoyage de la buse et la définition des bons paramètres. Ce faisant, vous vous assurez que l'impression sera réussie et ne se déformera pas sur le lit d'impression, ce que le polycarbonate est parfois connu pour faire.
4. Une fois ces étapes terminées, l'impression peut enfin commencer. La buse ou l'extrudeuse chauffera le filament de polycarbonate à l'intérieur puis, en suivant votre modèle 3D, il commencera à se déplacer autour du lit d'impression, déposant des couches de PC fondu, qui fusionneront et créeront votre construction.
5. La dernière étape concerne le post-traitement et la finition, mais dépend du produit spécifique à imprimer et de la quantité de nettoyage, de ponçage et de peinture nécessaire. Plus la construction est grande et complexe, plus la finition complète d'une impression peut prendre du temps.

Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir un exemple de notre logo Xometry imprimé en 3D avec du polycarbonate.

Quel est le processus étape par étape pour l'impression 3D en polycarbonate ?

L'impression 3D en polycarbonate implique généralement plusieurs étapes clés :

1. Conception

Le processus commence par la création d'un modèle numérique 3D de l'objet souhaité à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Ce modèle sert de modèle pour le processus d'impression ultérieur, définissant la forme, les dimensions et les structures internes de l'objet. Le modèle 3D est ensuite divisé en fines couches horizontales à l’aide d’un logiciel de découpage. Les spécifications de chaque couche sont générées, y compris le chemin que suivra la buse de l'imprimante pour déposer le matériau avec précision.

2. Prétraitement

Une fois la conception terminée, le modèle 3D est préparé pour l’impression. Cela implique des tâches telles que la mise à l'échelle, l'orientation et le positionnement du modèle dans le volume de construction. De plus, des structures de support peuvent être générées pour assurer la stabilité des surplombs et des éléments complexes pendant l'impression.

3. Configuration de l'imprimante

Avant l'impression, l'imprimante 3D doit être calibrée et préparée. Cela implique une série d’étapes essentielles pour garantir des conditions d’impression optimales. Tout d'abord, il est crucial de confirmer que le lit d'impression est parfaitement de niveau. Cette étape est particulièrement critique lorsque l’on travaille avec des matériaux qui peuvent être sensibles à l’adhérence du lit, comme le polycarbonate. La tendance du polycarbonate à se déformer pendant l'impression peut entraîner des difficultés pour maintenir une adhérence constante des couches.

En plus du nivellement du lit, il est important de s'assurer que la buse est propre et exempte de tout résidu pouvant affecter le processus d'extrusion. Un bon entretien des buses est essentiel pour obtenir des impressions précises et de haute qualité. De plus, la sélection des paramètres d’impression appropriés est essentielle. Pour le polycarbonate, en particulier, des réglages précis de la température sont cruciaux à la fois pour l'extrudeuse et la chambre de fabrication. La température de transition vitreuse relativement élevée du polycarbonate nécessite une gestion minutieuse de la température pour éviter la déformation et garantir une bonne liaison des couches.

4. Impression

Le processus d'impression proprement dit commence par l'extrudeuse ou la buse de l'imprimante 3D chauffant le filament de polycarbonate jusqu'à son point de fusion. La buse se déplace ensuite vers les positions d'impression définies par les instructions de la machine, déposant le matériau fondu couche par couche sur le lit d'impression. Au fur et à mesure que chaque couche est déposée, le polycarbonate fondu fusionne avec les couches précédemment déposées, créant ainsi un lien solide entre elles. Cette approche couche par couche conduit à la construction progressive de l'objet final.

Une fois toutes les couches imprimées, l’objet peut refroidir et se solidifier complètement. Cela peut prendre plus ou moins de temps en fonction de la complexité et de la taille de l'impression. Des mécanismes supplémentaires peuvent être utilisés pour réguler la température, notamment l'utilisation de ventilateurs ou même d'une chambre de fabrication chauffée, afin de maintenir les conditions d'impression idéales.

5. Post-traitement

Une fois l'impression et le refroidissement terminés, l'objet est retiré du plateau de construction. Le post-traitement peut impliquer l'élimination de l'excès de matériau de support, le nettoyage de la pièce et la correction des imperfections de la surface. Cela dépendra de la complexité de la conception et de la présence de structures de support.

6. Finition

Des étapes de finition peuvent être nécessaires pour obtenir l’apparence et la fonctionnalité souhaitées. Cela peut inclure le ponçage pour lisser les surfaces, la peinture ou le revêtement pour l'esthétique et l'ajout de tous les composants d'assemblage requis.

Quels sont les matériaux pouvant être utilisés dans l'impression 3D en polycarbonate ?

Vous pouvez bien sûr utiliser simplement du polycarbonate ordinaire pour l’impression 3D, mais il existe quelques autres mélanges qu’il peut être utile de connaître car ils offrent des propriétés différentes. 

1. Polycarbonate

Cette forme pure de PC est un premier choix en raison de sa solidité et de la résistance qu’elle offre à la chaleur, aux chocs et à l’abrasion. 

2. Mélanges polycarbonate/ABS

L'acrylonitrile butadiène styrène (ou ABS) est un autre filament d'impression 3D populaire, mais vous pouvez également le trouver mélangé à du polycarbonate. Le résultat est un matériau imprimable qui n'est pas trop cher et qui a quand même une bonne résistance.

3. Composites polycarbonate/fibre de carbone

Si vous aimez la résistance à la chaleur du PC, mais recherchez un peu plus de solidité et de rigidité, vous voudrez peut-être considérer ce filament, qui mélange les caractéristiques thermoplastiques du polycarbonate avec celles des composites en fibre de carbone. 

4. Mélanges polycarbonate/ignifuge

Dans les cas où votre construction sera soumise à des flammes, à un incendie ou à une chaleur extrême, vous aurez peut-être besoin d’une plus grande résistance à la chaleur que d’habitude et d’un matériau qui ne s’enflammera pas. Le meilleur filament pour cela est un polycarbonate renforcé à l’aide d’additifs ignifuges. 

5. Mélanges de polycarbonate/polyéthylène glycol

La déformation peut être un problème avec le polycarbonate, mais pour éviter cela, vous pouvez utiliser un filament contenant un mélange de PC et de PEG. Les cas d’utilisation les plus courants sont généralement des conceptions comportant des détails complexes ou des géométries susceptibles de se déformer. 

Notre propre Colton Bamford, responsable de la production additive chez Xometry, a déclaré :« Lorsque je choisis des matériaux en polycarbonate pour l'impression 3D, je me concentre sur plusieurs facteurs. Premièrement, sa résistance élevée aux chocs et sa durabilité le rendent idéal pour la fabrication d'outils et la création de prototypes fonctionnels. par rapport à d'autres matériaux hautes performances, cela en fait un choix pratique pour les pièces d'utilisation finale à faible volume."

Combien de temps faut-il pour terminer l'impression 3D en polycarbonate ?

Le temps nécessaire pour réaliser un projet d'impression 3D en polycarbonate peut varier considérablement en fonction d'une série de facteurs, notamment :la taille et la complexité de l'objet imprimé, la hauteur de la couche, la vitesse d'impression, la densité de remplissage, l'imprimante 3D utilisée et les exigences uniques du matériau. En règle générale, des objets plus petits et moins complexes peuvent être réalisés en quelques heures, tandis que des conceptions plus grandes et plus complexes peuvent prendre plusieurs jours. De nombreux outils logiciels de découpage fournissent aux utilisateurs une estimation approximative du « temps d'impression » basée sur les paramètres choisis, bien que cette estimation doive être considérée comme une approximation plutôt qu'une certitude absolue.

Combien coûte l'impression 3D en polycarbonate ?

Le coût de l’impression 3D en polycarbonate est influencé par une série de variables, ce qui rend son coût assez variable. Le filament d’impression représente une part importante du coût total. Le filament en polycarbonate est cher par rapport aux autres matériaux d'impression 3D. Vous pouvez vous attendre à payer entre 30 et 60 dollars par bobine de filament PC. Les coûts de main-d'œuvre comprendront des tâches telles que la configuration de l'imprimante, le post-traitement et le dépannage. Des dépenses supplémentaires proviennent des logiciels et des outils de conception, ainsi que des étapes de finition telles que le ponçage, la peinture ou l'application de revêtements.

Compte tenu de tous ces facteurs, il est difficile de déterminer le coût exact de l’impression 3D en polycarbonate sans détails spécifiques du projet. Une évaluation complète des coûts exige une prise en compte de la maintenance de l'imprimante, de la consommation d'énergie, de la main d'œuvre et des processus supplémentaires.

L'impression 3D en polycarbonate est-elle chère par rapport au moulage sous pression ?

Cela dépend. L'impression 3D en polycarbonate peut être plus rentable pour les séries de production à faible volume, les prototypes et les conceptions complexes. Il est avantageux pour sa flexibilité de conception et ses capacités de prototypage rapide. Le moulage sous pression, en revanche, est plus adapté à la production en grand volume en raison des coûts inférieurs des matériaux en vrac et de l'efficacité du traitement par lots.

Quels sont les avantages de l'impression 3D en polycarbonate ?

En dehors de ses superbes propriétés mécaniques, le polycarbonate présente quelques autres arguments expliquant pourquoi c'est un si bon matériau pour l'impression 3D :

• Les produits PC peuvent être conçus pour offrir une clarté et une transparence que de nombreux autres filaments ne peuvent pas offrir. 
• C'est idéal lorsqu'il est soumis à des températures élevées, à des produits chimiques, à des huiles et à des solvants.
• Le polycarbonate est un isolant électrique utile. 
• Comparé à d'autres matériaux, le polycarbonate est assez léger.
• Vous pouvez également recycler votre PC.

Quels sont les inconvénients de l'impression 3D en polycarbonate ?

Il y a également quelques points négatifs à noter lorsque l'on travaille avec du polycarbonate :

• Il peut avoir un coût plus élevé que d'autres filaments (mais les mélanges comme PC/ABS peuvent être plus abordables).
• Le polycarbonate a tendance à absorber l'humidité de son environnement. Il doit donc être stocké correctement.
• En raison de sa résistance à la chaleur, le polycarbonate doit être utilisé dans une imprimante pouvant atteindre des températures d'au moins 290 °C pour pouvoir fondre et s'écouler.
• Le polycarbonate a tendance à se déformer davantage que les autres matériaux, et sans un bon contrôle de la température, il risque de ne pas très bien adhérer au lit d'impression.
• De nombreux matériaux en polycarbonate contiennent du BPA, qui peut être libéré lors de l'impression. Assurez-vous donc de porter des équipements de protection comme des masques et de travailler dans une pièce bien ventilée.

Quels sont les exemples de produits d'impression 3D en polycarbonate ?

Il existe de nombreuses utilisations pour les produits imprimés en 3D en polycarbonate, c'est pourquoi les industries aérospatiale, automobile, médicale, grand public et électronique les utilisent toutes. Nous avons répertorié quelques exemples d'objets pouvant être produits de cette manière :

• Luminaires
• Phares du véhicule
• Lunettes de sécurité
• Vitres de fenêtre
• Mousquetons 
• Casques de vélo
• Verres pour lunettes
• Guides chirurgicaux

Questions fréquemment posées sur l'impression 3D en polycarbonate

Quelle est la durée de vie des produits d'impression 3D en polycarbonate ?

Le polycarbonate devrait avoir une durée de vie de 15 ans en moyenne, en fonction du stockage et de l'utilisation. Il devrait durer beaucoup plus longtemps que les produits imprimés en 3D en PLA (acide polylactique), par exemple. Le PC démontre une résistance remarquable à l’absorption de l’humidité de l’environnement. Cet attribut permet de préserver la stabilité et les performances des produits imprimés en 3D sur PC sur des périodes prolongées. Le PC présente également une résistance exceptionnelle aux UV. En conséquence, les produits imprimés en 3D sur PC devraient durer beaucoup plus longtemps, ce qui en fait un choix plus fiable pour les applications qui exigent durabilité et résistance aux facteurs environnementaux.

Les produits d'impression 3D en polycarbonate sont-ils durables ?

Oui. Les produits imprimés en 3D en polycarbonate sont durables. Ils sont connus pour leur résistance à la traction, leur résistance à la chaleur, leur résistance aux chocs et leur résistance aux chocs et aux rayures.

Quelles sont les principales différences entre les méthodes de découpe du polycarbonate traditionnel et du polycarbonate imprimé en 3D ?

Le polycarbonate traditionnel et le polycarbonate imprimé en 3D présentent des différences distinctes de propriétés résultant de leurs méthodes de fabrication. Ces différences entraînent des différences dans les applications pour lesquelles ils peuvent être utilisés. Dans la production traditionnelle de polycarbonate, des méthodes telles que le moulage par injection et l'extrusion impliquent le façonnage de la résine polycarbonate fondue à l'aide de moules ou de matrices. Il en résulte un matériau avec une densité uniforme et des caractéristiques mécaniques constantes, appelées propriétés isotropes, qui restent cohérentes dans toutes les directions.

Le polycarbonate imprimé en 3D, quant à lui, est généré par fabrication additive. Un filament de polycarbonate fondu est superposé pour construire l'objet final. Cette technique introduit des propriétés anisotropes, ce qui signifie que les caractéristiques du matériau peuvent varier le long de différents axes de l'objet en raison de la structure en couches et de l'adhésion des couches. Alors qu'une pièce traditionnelle en polycarbonate offre une résistance et une durabilité constantes dans toutes les directions, les propriétés mécaniques de la contrepartie imprimée en 3D peuvent différer en fonction de la qualité de liaison des couches, des subtilités de conception et des paramètres d'impression. Cette variation des propriétés anisotropes souligne l'importance de comprendre les attributs directionnels du polycarbonate imprimé en 3D lorsqu'on considère son adéquation à des applications spécifiques.

Les méthodes traditionnelles nécessitent également des moules et des outils, ce qui limite la personnalisation et la rentabilité des petites séries, tandis que l'impression 3D permet des conceptions personnalisées et un prototypage rapide.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur la découpe du polycarbonate.

Quelle est la différence entre l'impression 3D en polycarbonate et l'impression 3D ?

L'impression 3D en polycarbonate est un sous-ensemble spécifique de l'impression 3D. Elle utilise du polycarbonate comme matière première, alors que l'impression 3D générale peut être réalisée avec n'importe quel matériau imprimable.

L'impression 3D en polycarbonate est normalement réalisée à l'aide de la méthode de dépôt par fusion. Dans ce processus, le filament de polycarbonate est fondu et superposé pour construire des objets tridimensionnels. D’un autre côté, l’impression 3D générale, également appelée fabrication additive, englobe un spectre plus large de matériaux et de techniques. Ces techniques comprennent :le traitement numérique de la lumière (DLP), le frittage laser direct des métaux/fusion sélective au laser (DMLS/SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM), la modélisation par dépôt fondu/fabrication de filaments fondus (FDM/FFF), le jet de matériau, le jet de liant, la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif au laser (SLS). 

Bien que le polycarbonate reste un matériau de choix dans ce paysage plus large, il partage son espace avec d'autres thermoplastiques comme le PLA et l'ABS, ainsi qu'avec des métaux comme l'aluminium et le titane. Le choix du matériau dépend de la fonctionnalité prévue de l'objet et de la méthode d'impression choisie. En outre, l’impression 3D est un terme générique utilisé pour décrire un large éventail de méthodes différentes permettant d’« imprimer » des produits 3D. 

Kat de Naoum

Kat de Naoum est une écrivaine, auteure, éditrice et spécialiste du contenu originaire du Royaume-Uni 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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