Explication du filament d'impression 3D Flex :matériaux, propriétés et guide de l'expert

Qu'est-ce que l'impression Flex 3D ?

L'impression 3D flexible est le terme utilisé pour décrire les processus d'impression 3D qui utilisent des filaments flexibles fabriqués à partir de TPE pour créer des pièces couche par couche. Plusieurs types différents de filaments flexibles peuvent être utilisés dans l'impression 3D, chaque type présentant ses propres avantages et inconvénients. Le filament flexible pour impression 3D le plus courant est le polyuréthane thermoplastique (TPU). Cependant, le copolyester thermoplastique (TPC), le polyamide thermoplastique (TPA) et « l'acide polylactique doux (PLA) » sont également courants. 

Selon un article de recherche publié par SVOA Materials Science and Technology, le traitement du TPE nécessite 25 à 40 % d'énergie en moins que les caoutchoucs vulcanisés thermodurcis. De plus, certains filaments flexibles d’impression 3D peuvent être traités et recyclés plusieurs fois, contribuant ainsi à réduire les déchets et la pollution et à préserver les ressources pétrolières. L'impression 3D flexible est devenue une méthode de production alternative intéressante pour les pièces en élastomère, les clients exigeant des produits plus spécialisés et sur mesure. Pour plus d'informations, consultez notre guide sur l'impression 3D.

Quelle est la composition du filament flexible ?

Les filaments d'impression 3D Flex sont fabriqués à partir de TPE et présentent ainsi des caractéristiques d'élasticité similaires aux caoutchoucs réticulés tout en conservant les caractéristiques de transformation des thermoplastiques. Différents filaments flexibles sont rendus possibles par les différentes matières plastiques qui sortent du raffinage du pétrole. Au cours du processus de raffinage, le naphta est combiné avec des catalyseurs et d’autres produits chimiques dans un réacteur de polymérisation pour créer les plastiques souhaités. Le processus aboutit à des granulés de plastique composés de TPE comme le TPU, le TPC, le TPA et le PLA souple (en fonction des produits chimiques utilisés lors de la polymérisation). Ces granulés de TPE sont ensuite fondus et extrudés pour former des filaments flexibles destinés à être utilisés dans l'impression 3D FDM.

Quelles sont les propriétés du filament flexible ?

Les propriétés des filaments flexibles varient en fonction du matériau spécifique. Certains filaments, comme le TPU, sont plus élastiques que d'autres, comme le TPC. Les propriétés générales des filaments flexibles comme le TPU, le TPC, le TPA et le PLA souple sont décrites dans la liste ci-dessous :

1. Doux et flexible par rapport aux filaments thermoplastiques.
2. Excellente élasticité par rapport aux filaments thermoplastiques comme le PLA ou l'ABS.
3. Résistance exceptionnelle à l'usure, aux chocs, aux produits chimiques et à l'électricité.
4. Bonne stabilité thermique et environnementale.

Comparaison des propriétés des filaments flexibles

Une comparaison directe des propriétés entre les filaments flexibles et les filaments ABS plus conventionnels est présentée dans le tableau 1 ci-dessous :

Tableau 1 :Comparaison entre TPU, TPA et ABS

Propriété TPU (filament flexible) TPA (filament flexible) ABS (filament conventionnel)

Propriété

Force

TPU (filament flexible)

Bien

TPA (filament flexible)

Bien

ABS (filament conventionnel)

Meilleur

Propriété

Durabilité

TPU (filament flexible)

Élevé

TPA (filament flexible)

Élevé

ABS (filament conventionnel)

Élevé

Propriété

Flexibilité

TPU (filament flexible)

Élevé

TPA (filament flexible)

Élevé

ABS (filament conventionnel)

Minime

Propriété

Biodégradable

TPU (filament flexible)

Oui

TPA (filament flexible)

Oui

ABS (filament conventionnel)

Non

Propriété

Recyclable

TPU (filament flexible)

Oui

TPA (filament flexible)

Non

ABS (filament conventionnel)

Oui

Propriété

Hygroscopique

TPU (filament flexible)

Oui

TPA (filament flexible)

Oui

ABS (filament conventionnel)

Oui

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

Malgré les nombreux avantages, l’une des plus grandes limites de l’impression 3D avec des filaments flexibles est que les pièces peuvent être difficiles à imprimer. Les filaments flexibles ont tendance à coincer ou à obstruer les buses d'impression. De plus, la rétraction pendant l'impression peut être insuffisante, entraînant des ficelles et parfois des pièces dimensionnellement incorrectes. De plus, la nature élastique de ces filaments peut les amener à se déformer ou à glisser lors de l'utilisation des extrudeuses Bowden. Par rapport aux filaments conventionnels comme l'ABS ou le PLA, les impressions utilisant des filaments d'impression 3D flexibles nécessitent plus de réglage et d'optimisation lors de la phase de conception.

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

Les filaments flexibles sont courants car les imprimantes 3D peuvent créer des pièces beaucoup plus rapidement que les autres méthodes de fabrication du TPE. Traditionnellement, les pièces à base de TPE sont fabriquées par moulage par injection et extrusion. Bien que ces processus puissent produire de grandes quantités de pièces en succession rapide, ils sont coûteux à outiller et nécessitent souvent des mois de délai de réalisation. Les imprimantes 3D peuvent créer rapidement des prototypes flexibles pour une fraction du coût de l'outillage. Cette capacité ouvre la voie à la fabrication de pièces complètes sur mesure beaucoup plus rapidement qu'avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

Comment utiliser Flex dans l'impression 3D

L’utilisation de filaments flexibles pour l’impression 3D est un excellent moyen de construire rapidement des pièces élastiques. Cependant, la nature flexible de ces filaments oblige les utilisateurs à prêter une attention particulière aux paramètres de configuration de leur imprimante. Les réglages optimaux pour un travail d'impression particulier avec des filaments flexibles dépendent du matériau TPE et de l'application de la pièce. Vous trouverez ci-dessous quelques conditions préalables générales pour l'impression de filaments TPE :

1. Définissez une température de lit en fonction des recommandations du fabricant du matériau.
2. Utilisez un bâton de colle, du ruban adhésif pour peintre ou de la laque pour l'adhérence au lit.
3. Utilisez une extrudeuse à entraînement direct plutôt qu'une extrudeuse Bowden.
4. Utilisez un ventilateur de refroidissement pendant l'impression.

Bien que les éléments énumérés ci-dessus constituent un ensemble de principes généraux pour l'impression avec des filaments flexibles, chaque matériau diffère légèrement. Certains projets peuvent exiger que vous vous écartiez des recommandations standards. 

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

En règle générale, les utilisateurs doivent équilibrer les vitesses d'impression et les paramètres de rétraction avec les températures de l'extrudeuse et du lit pour s'assurer que la pièce sort avec les dimensions appropriées. Dans le tableau 2 ci-dessous, les paramètres d'imprimante recommandés sont indiqués pour différents matériaux TPE :

Tableau 2 : Paramètres de l'imprimante 3D à filament flexible

Paramètres de l'imprimante TPU TPC TPA PLA souple

Paramètres de l'imprimante

Température de l'extrudeuse

TPU

210-230 ℃

TPC

220-260 ℃

TPA

220-230 ℃

PLA souple

220-235 ℃

Paramètres de l'imprimante

Température du lit

TPU

Ambiante-60 ℃

TPC

60-110 ℃

TPA

30-60 ℃

PLA souple

100 ℃

Paramètres de l'imprimante

Vitesse d'impression

TPU

5-30 mm/s

TPC

5-30 mm/s

TPA

5-30 mm/s

PLA souple

10-30 mm/s

L'impression de la première couche d'un travail est souvent le point le plus critique d'une impression. Lors de l'impression avec des filaments flexibles, utilisez du ruban Kapton, du ruban pour peintre, Magigoo, DimaFix ou d'autres adhésifs pour garantir une bonne adhérence du lit dès le début de l'impression. Une fois la première couche terminée, les utilisateurs peuvent affiner les paramètres de rétraction pour éviter toute bave provenant de l'extrémité chaude de l'extrudeuse. Pour trouver les paramètres de rétraction optimaux, les utilisateurs doivent d'abord désactiver la rétraction pour trouver la vitesse idéale, puis augmenter progressivement la distance de rétraction pour découvrir le réglage idéal. Attention cependant à ne pas imprimer trop vite car le matériau peut facilement obstruer la buse.

Quelle est la meilleure vitesse d'impression 3D Flex ?

Étant donné que les filaments flexibles ont tendance à se plier, à se coincer et à se déformer lorsqu'ils sont introduits dans l'extrudeuse, une vitesse d'impression plus lente peut être votre amie. Ces problèmes peuvent entraîner des retards inutiles dans les travaux d’impression et nuire à la précision dimensionnelle et à la qualité de la pièce. Le meilleur compromis entre vitesse et qualité se situe généralement entre 30 et 40 mm/s. Cependant, la vitesse d’impression optimale dépendra du filament utilisé. Reportez-vous aux directives du fabricant du filament pour avoir une idée générale de l'endroit où régler les vitesses initiales.

Quelle est la température de fusion du filament flexible ?

La température de fusion varie en fonction du matériau. Cependant, en général, la température de fusion des filaments flexibles se situe entre 210 et 260 °C. Chauffer trop les filaments flexibles peut les faire s'enrouler et suinter hors de la buse pendant l'impression. Ce cordage provoque des pièces hors spécifications et de mauvaise qualité. 

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

Oui, un lit chauffant est généralement nécessaire, mais la température dépend du matériau et de la pièce concernée. Certains filaments d'impression 3D flexibles, comme le TPC, le TPA et le PLA souple, nécessitent des lits chauffants, tandis que le TPU peut être imprimé avec ou sans lit chauffant. 

Qu'est-ce qu'une bonne épaisseur de paroi pour l'impression 3D Flex ?

Les filaments flexibles nécessitent généralement des parois partielles plus épaisses que celles des plastiques ordinaires. Par exemple, les parois partielles en TPU doivent généralement avoir une épaisseur d'au moins 2,0 mm. Concevez des parois épaisses dans vos pièces si vous prévoyez d'utiliser des filaments d'impression 3D flexibles.

Qu'est-ce qu'une bonne densité de paroi pour l'impression 3D Flex ?

Les murs sur pièces imprimées en 3D comportent deux parties principales :la coque et le remplissage. La coque est constituée des parois extérieures solides de la pièce, tandis que le remplissage est constitué de ce qui se trouve entre les surfaces extérieures. Le remplissage est souvent construit sous forme de treillis pour équilibrer la résistance structurelle, le poids et l'utilisation des matériaux. Les densités de remplissage peuvent être aussi faibles que 0 % (creux) ou aussi élevées que 100 % (solides). Les filaments flexibles peuvent fonctionner avec n'importe quelle densité, bien que des densités de remplissage plus élevées réduiront la flexibilité globale de la pièce.

Questions fréquemment posées sur l'impression 3D flexible

Le filament flexible est-il biodégradable ?

Oui et non. Certains filaments flexibles, comme le TPU et le PLA souple, sont biodégradables et se décomposent en quelques années. D'autres, comme le TPC et le TPA, ne le sont pas et peuvent mettre des siècles à se décomposer.

Le filament flexible est-il recyclable ?

Oui et non. Certains filaments flexibles, comme le TPU et le PLA souple, sont recyclables et peuvent être réutilisés plusieurs fois. D’autres, comme le TPC et le TPA, ne peuvent être traités qu’une seule fois par une imprimante 3D. 

Le filament flexible est-il hygroscopique ?

Oui, les filaments flexibles sont hygroscopiques. Tous les TPE ont un degré élevé d’hygroscopie et éclateront et grésilleront lorsqu’ils seront chauffés s’ils ont absorbé trop d’humidité. Par conséquent, les filaments flexibles doivent être stockés correctement ou séchés avant utilisation.

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

Les filaments flexibles sont composés de TPE qui présentent un haut degré d'élasticité et d'excellentes propriétés mécaniques, thermiques, électriques et environnementales. Le PLA est un plastique rigide à haute résistance dérivé de sources naturelles comme la canne à sucre et le maïs. Le PLA peut être transformé en « PLA souple » flexible en combinant le polymère PLA avec des composants TPE. 

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

Les filaments d'impression 3D Flex sont fabriqués à partir de TPE exceptionnellement flexibles et possèdent des propriétés mécaniques, thermiques, électriques et environnementales étonnantes. L'ABS est un plastique à base de pétrole qui possède d'excellentes propriétés mécaniques, est légèrement plus flexible et ductile que le PLA et constitue l'un des filaments les moins chers du marché. 

Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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